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Metamateriali ottici e proprietà insolite

L’ottica non lineare è di fondamentale importanza per il controllo della luce in ambito di elaborazione delle informazioni, generazione di segnali per comunicazioni ottiche e raccolta della luce per l’ottenimento di energia solare. Un gruppo di ricercatori finanziati dall’UE si è occupato di ampliare il campo di applicazione dell’ottica non lineare anche alla produzione di metamateriali artificiali con proprietà singolari.
Metamateriali ottici e proprietà insolite
I metamateriali ingegnerizzati presentano proprietà non disponibili nei materiali naturali. Il comportamento intricato di questa nuova classe di materiali elettromagnetici è interessante sia dal punto di vista dell’idea di base che nell’aspetto pratico. Finora sono già stati sviluppati dei metamateriali le cui risposte lineari potrebbero essere utilizzate per migliorare la produzione di sensori e perfino permettere l’invisibilità tramite occultamento.

Allo stesso modo, il lavoro di ricerca sulla fisica rivoluzionaria dei metamateriali non lineari potrebbe rivoluzionare il campo dell’ottica non lineare. All’interno del progetto META-PHOT (Light-matter interaction in smart optical materials), finanziato dall’UE, i ricercatori hanno studiato l’origine e la progettazione relative alle non linearità, con particolare attenzione alla loro applicazione nei dispositivi ottici.

Il team META-PHOT ha progettato nuovi effetti ottici come risultato dell’interazione con la luce tramite una pellicola ultrasottile di materiale artificialmente strutturato, posto su uno strato di materiale convenzionale. In maniera importante, è stato dimostrato un nuovo concetto di manipolazione della fase locale quando la luce passa attraverso la metasuperficie, la quale è basata su nanostrutture plasmoniche.

Alcune antenne plasmoniche nanometriche sono state accuratamente disposte per generare uno speciale stato di polarizzazione della luce, ossia la polarizzazione circolare. Sulla base di questo design a nano-antenne, la lunghezza focale di una lente dipendeva dallo stato di polarizzazione, rendendo sistema ottico facilmente riconfigurabile.

Durante gli esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato uno strato ultrasottile di antenne plasmoniche ben definite caratterizzato da uno spessore pari soltanto a una frazione della lunghezza d’onda della luce utilizzata. Un sistema laser regolabile ha permesso di ottenere la lunghezza d’onda desiderata per valutare le proprie prestazioni e ottenere prova delle regole di selezione per i processi non lineari, nei materiali naturali.

Oltre alla lente ultrasottile, è stato sviluppato il nuovo accoppiatore al plasma delle onde elettromagnetiche di superficie che ha il potenziale per eccitare onde direzionali lungo la metasuperficie. Tuttavia, oltre ai possibili miglioramenti dell’interazione luce-materia, il mondo delle metasuperfici non lineari presenta altri numerosi interessanti fenomeni che aspettano di essere analizzati.

Il progetto META-PHOT ha evidenziato il potenziale di adattare i processi non lineari nella progettazione di nuovi elementi completamente ottici per dispositivi nano-ottici, destinati a estendere l’orizzonte delle loro applicazioni.

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Keywords

Metamateriali ottici, ottica non lineare, META-PHOT, interazione luce-materia, dispositivi nano-ottici