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Minuscoli convertitori di colore per rendere accessibili i piccoli dispositivi basati su laser

Un team di scienziati finanziato dall’UE ha impiegato un materiale atomicamente sottile per progettare un dispositivo in grado di modificare il colore dei fasci laser.

Tecnologie industriali
Ricerca di base

Nel corso degli anni, i laser sono divenuti onnipresenti e vengono sfruttati in migliaia di applicazioni relative a ogni ambito della società moderna, dalla medicina all’applicazione della legge. I dispositivi odierni stanno diventando più compatti, il che implica che i loro componenti hanno dimensioni inferiori. La lavorazione laser sta rivoluzionando la produzione dei semiconduttori, consentendo così di realizzare tecnologie più piccole e meno spesse. Grazie al lavoro dei ricercatori, in parte sostenuti dal progetto GrapheneCore3, finanziato dall’UE, le dimensioni dei dispositivi sono destinate a una notevole riduzione. «Da quando sono stati inventati, all’incirca sessant’anni fa, i laser hanno trasformato in modo sostanziale la nostra vita», commenta il dott. Giulio Cerullo, ricercatore in materia di ottica non lineare presso il Politecnico di Milano, università partner del progetto, in un comunicato stampa pubblicato su «EurekAlert!».

Dimostrare le potenzialità dei materiali 2D

Collaborando con un team di scienziati presso la Columbia University negli Stati Uniti, il dott. Cerullo ha studiato un materiale bidimensionale chiamato disolfuro di molibdeno (MoS2), che risulta promettente per la sostituzione del grafene e di altri dispositivi a semiconduttore. I ricercatori hanno caratterizzato il livello di efficacia con cui i dispositivi sviluppati da pile di MoS2 di spessore inferiore a 1 micron riescono a convertire frequenze di luce alle lunghezze d’onda delle telecomunicazioni così da generare colori differenti. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista «Nature Photonics». Questo lavoro ci permette di compiere un passo in avanti verso la sostituzione dei tradizionali materiali che vengono attualmente impiegati nei laser modulabili, le cui dimensioni rientrano nella gamma compresa tra i millimetri e i centimetri. «L’ottica non lineare è attualmente un mondo macroscopico, ma vogliamo renderlo microscopico», afferma la dott.ssa Chiara Trovatello, che ha da poco concluso il proprio dottorato in fisica con il dott. Cerullo presso il Politecnico di Milano.

Rimpicciolire i dispositivi basati su laser fino alla scala microscopica

Anche se singoli strati di MoS2 sono in grado di convertire in maniera efficiente le frequenze di luce, essi risultano troppo sottili per consentire la costruzione di dispositivi. Gli scienziati hanno pertanto fabbricato i cristalli necessari a tal fine, noti come 3R-MoS2, per poi verificare, mediante il loro impiego, l’efficienza con cui campioni di spessore variabile erano in grado di convertire la frequenza della luce. I risultati sono stati sorprendenti sin dal primo momento. «Nel mondo della scienza, è raro iniziare un progetto che finisca per andare meglio del previsto; di solito accade il contrario. Si è trattato di un caso singolare e magico», spiega James Schuck, un professore associato di ingegneria meccanica attivo presso la Columbia University. «Lavoro nel settore dell’ottica non lineare da oltre trent’anni. La ricerca in questo campo è generalmente progressiva, sviluppandosi lentamente sulla scia di ciò che è stato scoperto in precedenza. Fare qualcosa di completamente nuovo, che abbia inoltre grandi potenzialità, è raro», ha osservato il dott. Cerullo. «Ho l’impressione che questo nuovo materiale potrebbe rappresentare un punto di svolta.» GrapheneCore3 (Graphene Flagship Core Project 3) sta riunendo 160 partner accademici e industriali provenienti da 23 paesi per fare in modo che l’Europa non rimanga indietro nella rivoluzione del grafene. In generale, l’obiettivo è quello di contribuire a immettere sul mercato le innovazioni incentrate su questo materiale entro il 2023. Il progetto si concluderà a settembre 2023. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto GrapheneCore3

Parole chiave

GrapheneCore3, laser, dispositivo basato su laser, 2D, disolfuro di molibdeno, grafene, 3R-MoS2, luce, ottica non lineare

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24 Novembre 2022