Manipolazione innaturale della luce
Le proprietà uniche dei metamateriali derivano dalla periodicità strutturale su scale molto più contenute rispetto alla lunghezza d'onda della luce che si propaga attraverso di loro. Le applicazioni a microonde (lunghezze d'onda sulla scala da 1 a 100 centimetri) sono attualmente in una fase pre-commerciale. La realizzazione di dispositivi della gamma visibile (strutture sulla scala dei nanometri), quali mantelli dell'invisibilità rappresenta una seria sfida di fabbricazione. Per la prima volta, gli scienziati finanziati dall'UE in nanochimica, auto-assemblaggio e metamateriali hanno unito le forze per il progetto METACHEM ("Nanochemistry and self-assembly routes to metamaterials for visible light"). L'obiettivo consisteva nel di fornire un'alternativa semplice, a basso costo di produzione a nanolitografia. Questi hanno inoltre dedicato grande impegno allo sviluppo di metodi di misurazione necessari per dimostrare la validità del concetto. Il team ha progettato e sintetizzato nanoparticelle su misura quali nanorisonatori plasmonici ottici. Si tratta di strutture con strutture basate su plasmoni che sfruttano le oscillazioni coerenti di elettroni di legame e luce su una superficie metallica. Sono stati organizzati mediante l'auto-assemblaggio in reti fitte, altamente strutturate bidimensionali o tridimensionali. I metamateriali plasmonici sono stati difficili da sfruttare appieno a causa delle perdite. Gli scienziati hanno affrontato questa questione in modo convenzionale, utilizzando supporti a guadagno attivo con compensazione delle perdite. È stata proposta una serie di applicazioni, tra cui sensori avanzati, nanoreattori plasmonici e metamateriali con indici di rifrazione non osservati in natura. Le conoscenze e i risultati sono stati diffusi attraverso il sito Web del progetto, un workshop di formazione, la partecipazione a conferenze internazionali e diversi opuscoli. Il progetto ha inoltre organizzato e partecipato alla conferenza internazionale Metamaterials 2013, nonché a un corso di dottorato di follow-up. METACHEM ha fornito un'imponente accelerazione allo sfruttamento dei metamateriali plasmonici. Gli scienziati hanno dimostrato che è possibile produrre i metamateriali a basso costo grazie a metodi di auto-assemblaggio bottom-up. Con una maggiore efficienza grazie alla compensazione delle perdite, il team ha affrontato una delle barriere più importanti per le applicazioni reali. Infine, i progressi hanno evidenziato il loro potenziale come componenti di sensori, reattori nano-chimici, dispositivi elettromagnetici nuovi e molto altro, dando origine a emozionanti nuove vie di ricerca.
Parole chiave
Metamateriali, visibile, fabbricazione, auto-assemblaggio, nanolitografia, plasmonica, perdite, guadagno attivo
