Al Politecnico di Milano creata una metasuperficie attiva che 'gioca' con le proprietà della luce

La manipolazione della luce ha raggiunto un nuovo livello grazie a un innovativo studio condotto da un gruppo internazionale di ricercatori, guidato da Giuseppe Della Valle del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano.

La ricerca, recentemente pubblicata su Nature Light: Science & Applications, ha dimostrato l'efficacia di una metasuperficie attiva, un materiale ultrasottile e completamente sintetico, capace di modificare le proprietà della luce con rapidità e precisione straordinarie.

La metasuperficie sviluppata dal team è composta da nanostrutture realizzate con arseniuro di gallio e alluminio, disposte in modo da formare una superficie capace di indurre modulazioni significative della luce. I risultati ottenuti mostrano variazioni superiori al 400% nell'intensità luminosa e modifiche nella polarizzazione dell'onda luminosa, il tutto attivato da impulsi laser a bassa intensità.

Questo approccio rappresenta un passo avanti cruciale per le comunicazioni ottiche in spazio libero, dove il trasferimento delle informazioni avviene senza l'ausilio delle tradizionali fibre ottiche.

Il gruppo di ricerca ha progettato e testato metaatomi - fili di semiconduttore sottilissimi - che misurano meno di un centesimo di capello. Questi metaatomi sono stati disposti parallelamente per formare una superficie sintetica che ha dimostrato prestazioni record nella modulazione della luce.

Grazie alla fotoeccitazione laser, gli scienziati sono stati in grado di cambiare radicalmente le proprietà della metasuperficie, raggiungendo una trasmissione del 470% in un picosecondo, un tempo incredibilmente breve.

Un aspetto particolarmente interessante dello studio è la capacità di modificare la direzione di oscillazione dell'onda luminosa da lineare a circolare. Questo fenomeno, noto come "lamina a quarto d'onda", è stato attivato on-demand, permettendo una flessibilità senza precedenti nella manipolazione della luce.

Giulia Crotti e Mert Akturk, i giovani ricercatori che hanno contribuito significativamente allo studio, hanno sottolineato come l'efficienza raggiunta sia frutto delle peculiarità del materiale semiconduttore fotoeccitato e dell'ottimizzazione geometrica della metasuperficie. Le simulazioni numeriche alla nanoscala hanno giocato un ruolo fondamentale nel design del materiale, mentre l'apparato sperimentale ha permesso lo studio delle interazioni ultraveloci tra luce e materia.

Giuseppe Della Valle ha evidenziato il potenziale industriale dei risultati ottenuti, affermando che la capacità di ottenere variazioni significative delle proprietà della luce tramite impulsi a bassa potenza è cruciale per lo sviluppo di dispositivi avanzati. Tali dispositivi potrebbero rivoluzionare il campo delle telecomunicazioni ottiche, facilitando l'encoding e la manipolazione dei segnali luminosi in modo altamente efficiente.

Il lavoro coordinato dal Politecnico di Milano ha visto la partecipazione di ricercatori dall'Université Paris-Cité di Parigi che hanno fabbricato la metasuperficie, mentre la progettazione, le simulazioni numeriche e gli esperimenti sono stati condotti a Milano. Lo studio è stato portato avanti in collaborazione con l'Istituto Italiano di Tecnologia, l'Università di Sofia (Bulgaria) e la Australian National University, ed è parte del progetto europeo H2020 METAFAST, che ha ricevuto finanziamento dall'Unione Europea.