Nanostrutturazione per migliorare i materiali compositi in vetro
I nanocompositi di vetro-metallo combinano una serie di vantaggi per la progettazione di materiali innovativi in quanto ad applicazioni di fotonica e optoelettronica. Oltre alla loro risonanza nel visibile e nel vicino infrarosso, essi dimostrano una risposta ottica non lineare molto veloce e forte. La compatibilità con i circuiti fotonici ed elettronici sta anche facilitando il loro sfruttamento in varie applicazioni tecnologiche. Nel contesto NANOCOM (Nanostructured composite materials), i ricercatori hanno impiegato la nanostrutturazione dei materiali compositi vitrei per lo sviluppo di materiali innovativi in quanto a fotonica. Le attività hanno incluso modellizzazione, fabbricazione e caratterizzazione di strutture nanocomposite con dimensioni submicroniche, realizzazione di nanocompositi di vetro-metallo bimetallici e modifica mediante campi elettrici. I ricercatori hanno sviluppato modelli in grado di descrivere i processi fisici e chimici che si verificano durante la formazione di materiali nanocompositi di vetro-metallo. Tali modelli hanno fornito in modo preciso una descrizione quantitativa della diffusione reattiva inerente a metalli riducibili e agenti riducenti (idrogeno) relativi al vetro. Dopo la realizzazione di nanocompositi di vetro-metallo bimetallici con rame e argento, il team ha notato che le nanoparticelle di rame si sono formate più vicino alla superficie della lastra di vetro rispetto all’argento. Ciò consente la progettazione di strutture stratificate con alternanza submicronica per l’utilizzo nei dispositivi ottici. Oltre alla dimostrazione sperimentale della teoria della dissoluzione assistita dal campo elettrico (EFAD, electric field-assisted dissolution) che genera la modificazione del vetro e la nanostrutturazione, i ricercatori hanno sviluppato modelli relativi che descrivono il comportamento del vetro. I risultati aprono nuove strade verso l’utilizzo del vetro per la fabbricazione di componenti fotonici e optoelettronici. La formazione di film di metallo a isola sulla superficie del vetro è stata sfruttata per fabbricare reticoli 1D e 2D mediante la polarizzazione del vetro con un elettrodo in carbonio vitreo nanostrutturato. I risultati sono utili per lo sviluppo di dispositivi di rilevamento e plasmonici. Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato che la risposta non-lineare può essere progettata variando le dimensioni delle nanoparticelle. I membri del team hanno sviluppato tre diversi approcci, tra cui il metodo EFAD, nella fabbricazione di componenti nanofotonici in vetro-metallo. Essi hanno dimostrato che queste tecniche di nanostrutturazione possono essere utilizzate per produrre strutture tanto piccole da raggiungere i 150 nanometri con birifrangenza e dicroismo differenti. Tali tecniche sono state poi utilizzate per formare reticoli di diffrazione 1D e 2D. I reticoli formati mediante incisione a reazione ionica hanno dimostrato la possibilità di controllare la risposta non-lineare della struttura. Questo risultato si rivelerà utile per futuri dispositivi fotonici e ottici non-lineari che si basano sull’assorbimento saturabile (inverso) in determinate gamme spettrali. I materiali nanocompositi di nuova concezione NANOCOM possono ampliare le funzionalità dei futuri componenti fotonici. I risultati del progetto sono stati diffusi attraverso 36 pubblicazioni su riviste specializzate e in 50 conferenze.
Parole chiave
Nanostrutturazione, vetro-metallo, nanocompositi, fotonica, optoelettronica, dispositivi plasmonici
