La tecnologia di piegatura della luce riduce il sistema di radiazione lungo chilometri a una scala millimetrica

Il DESY impianto di accelerazione ad Amburgo, Germania, va avanti per miglia per ospitare una particella che compie giri lunghi un chilometro quasi alla velocità della luce. Ora i ricercatori hanno ridotto tale struttura alle dimensioni di un chip di computer.

Un team dell’Università del Michigan, in collaborazione con la Purdue University, ha creato un nuovo dispositivo che riesce ancora a gestire la velocità lungo percorsi circolari, ma per produrre frequenze luminose più basse nella gamma di applicazioni terahertz come l'identificazione di banconote da un dollaro contraffatte o la distinzione tra tessuti cancerosi e sani.

“Per far curvare la luce, devi scolpire ogni pezzo del fascio di luce con un'intensità e una fase particolari, e ora possiamo farlo in modo estremamente chirurgico,” disse Roberto Merlino, Peter A. dell’Università del Michigan. Franken Professore Collegiale di Fisica.

Il lavoro è pubblicato sulla rivista Science. In definitiva, questo dispositivo potrebbe essere convenientemente adattato per un chip di computer.

“Più sorgenti terahertz abbiamo, meglio è. Questa nuova fonte è anche eccezionalmente più efficiente, per non parlare del fatto che si tratta di un enorme sistema creato su scala millimetrica,” disse Vlad Shalaev, Bob e Anne Burnett Distinguished Professor di Purdue Ingegneria Elettrica e Informatica.

Un nuovo dispositivo piega la luce visibile all'interno di un cristallo per produrla “sincrotrone” radiazione (blu e verde) tramite un impulso luminoso accelerato (rosso) su una scala mille volte più piccola delle enormi strutture sparse in tutto il mondo. (Immagine dell'Università del Michigan/Meredith Henstridge)Scarica l'immagine

Il dispositivo costruito dai ricercatori del Michigan e della Purdue genera i cosiddetti “sincrotrone” radiazione, che è l'energia elettromagnetica emessa da particelle cariche, come elettroni e ioni, che si muovono quasi alla velocità della luce quando i campi magnetici piegano il loro percorso.

Diverse strutture in tutto il mondo, come DESY, generare radiazione di sincrotrone per studiare un'ampia gamma di problemi, dalla biologia alla scienza dei materiali.

Ma gli sforzi passati per piegare la luce per seguire un percorso circolare sono arrivati ​​sotto forma di lenti o modulatori spaziali di luce troppo ingombranti per la tecnologia su chip.

Una squadra guidata da Merlino e Meredith Henstridge, ora ricercatore post-dottorato presso l'Istituto Max Planck per la struttura e la dinamica della materia, sostituito queste forme più ingombranti con circa 10 milioni di minuscole antenne stampate su un cristallo di tantalite di litio, chiamato a “metasuperficie,” progettato dal team del Michigan di Antonio Grbic e costruito dai ricercatori della Purdue.

I ricercatori hanno utilizzato un laser per produrre un impulso di luce visibile che dura un trilionesimo di secondo. La serie di antenne fa sì che l'impulso luminoso acceleri lungo una traiettoria curva all'interno del cristallo.

Invece di una particella carica che si muove a spirale per chilometri di seguito, l'impulso luminoso ha spostato gli elettroni dalle loro posizioni di equilibrio per creare “Momenti di dipolo.” Questi momenti di dipolo acceleravano lungo la traiettoria curva dell'impulso luminoso, con conseguente emissione di radiazione di sincrotrone in modo molto più efficiente nella gamma dei terahertz.

“Questo non è ancora stato costruito per un chip di computer, ma questo lavoro dimostra che la radiazione di sincrotrone potrebbe eventualmente aiutare a sviluppare sorgenti terahertz su chip,” Ha detto Shalaev.

fonte: www.purdue.edu, di Kayla Wiles