Come le nanostrutture possono implementare il realismo curvando la luce
I ricercatori dell’Università di Washington hanno progettato una nanostruttura capace di manipolare la luce in 3D, e con precisioni nell’ordine dei nanometri, con potenzialità di utilizzo che vanno dal campo ludico a quello sanitario.
La Scoperta
Arriva dall’Università di Washington la comunicazione di questa interessante scoperta. Pubblicata su Science Advances, lo studio “Controlling three-dimensional optical fields via inverse Mie scattering“ va ad analizzare le proprietà, le caratteristiche e i possibili utilizzi di questo nuovo materiale, o meglio metamateriale. Si tratta di una struttura composta da numerosissime sfere, di diverse dimensioni, fissate su un reticolo quadrato. Questa struttura presenta uno schema 3D elicoidale, che gli permette di manipolare per così dire, a sua volta i raggi luminosi in 3D. La precisione è tale che i ricercatori sono riusciti ad “indirizzare” la luce con una risoluzione di circa 200 nanometri (10^-9 m), utilizzando una matrice di 144 micron quadrati (10^-12 metri quadrati). La verifica dei due dispositivi, uno di 1,55 micron, l’altro di 3, è stata eseguita con strumentazioni che sembrano uscite da un episodio di Star Trek. Nel primo dispositivo hanno misurato il comportamento del materiale emettendo un’onda continua di 15 mW. Successivamente hanno puntato il dispositivo con un fascio luminoso ordinario incidente ad esso, per poi essere esaminato da un microscopio con obbiettivo mobile, con un tempo di esposizione di 10 microsecondi. Nel secondo sono state utilizzate onde infrarosse provenienti da un oscillatore allo zaffiro di Titanio, un laser allo stato solido.
I Metamateriali
Ma cos’è un metamateriale? Un metamateriale è un materiale creato artificialmente, con particolari proprietà elettromagnetiche uniche e differenti da qualsiasi altro composto. Le sue caratteristiche macroscopiche, ovvero visibili, non dipendono dalla sua struttura molecolare, ma anche dalla geometria con cui è organizzato. In altre parole, la struttura conferisce ad un metamateriale le sue proprietà. Una delle caratteristiche più sorprendenti dei metamateriali è l’indice di rifrazione negativo, ovvero la modifica della traiettoria di un raggio luminoso che passa da un materiale ad un altro otticamente differenti. Inoltre l’effetto Doppler, ovvero l’aumento di frequenza registrato quando un ricevitore si avvicina ad una sorgente di onde, invece di aumentare diminuisce. Tutte queste proprietà sono perfette nel campo dei dispositivi ottici, come affermato da Alan Zhan, principale autore dello studio , ma anche in quello militare, utilizzandolo come strumento di occultamento ai radar, come materiale per la costruzione di micro-antenne, e perfino per i giubbotti antiproiettile. Date le sue caratteristiche a livello subatomico infatti, questi materiali invece di assorbire l’energia del proiettile, lo “ripiegano” a livello molecolare attorno alla persona.
