Nuove prospettive dall’uso dei fotoni

luceUn piccolo dispositivo, chiamato zipper cavity converte la luce laser in energia meccanica. Verrà impiegato in numerosi campi tra cui le comunicazioni, le indagini sul comportamento della materia a scala quantistica e l’implementazione dei microscopi a forza atomica.

I ricercatori della California Institute of Technology (Caltech) di Pasadena hanno costruito un dispositivo che vibra quando viene colpito dalla luce laser.

Il congegno, sensibile all’energia di un singolo fotone, potrà migliorare e acellerare lo sviluppo di nuovi sistemi ottici di comunicazione, inoltre, potrebbe essere di grande aiuto per gli scienziati che si occupano di indagare alcune tra le più fondamentali proprietà della materia aumentando la precisione della ricerca.

I raggi luminosi non sembrano in grado di eseguire lavori meccanici – i fotoni, trasportatori delle onde luminose, non hanno massa – ma a livello atomico possono realizzare grandi cose: ad esempio, gli scienziati hanno usato la luce laser per intrappolare, trattenere e manipolare singoli atomi.
Gli stessi principi sembrano valere anche su nanoscala, dove i componenti sono molto più grandi di un atomo, ma hanno comunque dimensioni molto piccole.

I ricercatori hanno costruito due tavole ampie alcune centinaia di nanomatri costituite da microchip in silicone. Poi hanno inciso chimicamente una serie di buchi in ogni struttura. Questo ispositivo è stato chiamato “zipper cavity” poichè assomiglia visivamente a una chiusura lampo.
I fori, presenti nella struttura, incanalano e catturano l’energia di un raggio di luce determinando la vibrazione del dispositivo.
“La frequenza delle vibrazioni dipende dall’intensità dei raggi laser che colpiscono lo strumento” afferma Oskar Painter co-autore della ricerca.

Il dispositivo si comporta come un audio speaker, le cui membrane vibrano in base all’intensità del segnale elettronico in ingresso proveniente da un amplificatore. Al contrario, come un microfono, la zipper cavity può modificare l’intensità luminosa attraverso le sue vibrazioni.
“Questi effetti, sommati, permettono alla zipper cavity di comportarsi come un piccolo radio trasmettitore o ricevitore controllato completamente dalla luce, ma con una portata decisamente maggiore rispetto ad un dispositivo elettronico di pari dimensioni” afferma Painter.

Il fisico Tobias Kippenberg del Max Planck Institute per l’ottica quantistica di Garching in Germania afferma che questo dispositivo potrebbe rivelarsi molto importante per gli scienziati che lo impiegherebbero per gli studi su nanoscala volti ad esplorare il comportamento della materia a scala quantica, dove gli strumenti elettronici sono inutilizzabili.
Come spiega Painter, le vibrazioni del dispositivo avvengono in un ordine compreso tra i 10 milioni e i 150 milioni di cicli al secondo. Questa caratteristica potrebbe migliorare notevolmente il potere di risoluzione dei microscopi a forza atomica che, usati per esaminare molecole e atomi, attualmente lavorano a solo centinaia di cicli al secondo.

“Le prospettive riguardanti le possibili applicazioni sia nella ricerca di base sia nelle nuove applicazioni appaiono decisamente interessanti” afferma Kippenberg.