Credito:Università Ebraica di Gerusalemme
Che sia nella fotosintesi o in un impianto fotovoltaico:se vuoi usare la luce in modo efficiente, devi assorbirla il più completamente possibile. Tuttavia, questo è difficile se l'assorbimento deve avvenire in un sottile strato di materiale che normalmente lascia passare gran parte della luce.
Ora, i team di ricerca di TU Wien e dell'Università Ebraica di Gerusalemme (HU) hanno trovato un trucco sorprendente che consente di assorbire completamente un raggio di luce anche negli strati più sottili:hanno costruito una "trappola di luce" attorno allo strato sottile utilizzando specchi e lenti, in cui il raggio di luce viene orientato in cerchio e poi sovrapposto a se stesso, esattamente in modo tale che il raggio di luce si blocchi e non possa più uscire dal sistema. Quindi, la luce non ha altra scelta che essere assorbita dallo strato sottile:non c'è altra via d'uscita.
Questo metodo di assorbimento-amplificazione, che è stato ora presentato sulla rivista scientifica Science , è il risultato di una proficua collaborazione tra i due team:l'approccio è stato suggerito dal Prof. Ori Katz dell'Università Ebraica di Gerusalemme e concettualizzato con il Prof. Stefan Rotter del TU Wien; l'esperimento è stato condotto dal team di laboratorio a Gerusalemme ei calcoli teorici sono arrivati dal team di Vienna.
"Assorbire la luce è facile quando colpisce un oggetto solido", ha condiviso il Prof. Stefan Rotter dell'Istituto di Fisica Teorica della TU Wien. "Un maglione spesso di lana nera può assorbire facilmente la luce. Ma in molte applicazioni tecniche, hai solo uno strato sottile di materiale disponibile e vuoi che la luce venga assorbita esattamente in questo strato."
Ci sono già stati tentativi per migliorare l'assorbimento dei materiali:ad esempio, il materiale può essere posizionato tra due specchi. La luce viene riflessa avanti e indietro tra i due specchi, passando ogni volta attraverso il materiale e avendo così maggiori possibilità di essere assorbita. Tuttavia, a questo scopo, gli specchi non devono essere perfetti, uno di essi deve essere parzialmente trasparente, altrimenti la luce non può assolutamente penetrare nell'area tra i due specchi. Ma questo significa anche che ogni volta che la luce colpisce questo specchio parzialmente trasparente, parte della luce va persa.
Per evitare ciò, è possibile utilizzare le proprietà ondulatorie della luce in modo sofisticato. "Nel nostro approccio, siamo in grado di annullare tutti i riflessi all'indietro dall'interferenza delle onde", ha osservato il Prof. Ori Katz di HU. Helmut Hörner, della TU Wien, che ha dedicato la sua tesi a questo argomento, ha spiegato:"anche nel nostro metodo la luce cade prima su uno specchio parzialmente trasparente. Se si invia semplicemente un raggio laser su questo specchio, questo viene diviso in due parti :La parte più grande viene riflessa, una parte più piccola penetra nello specchio."
Questa parte del raggio di luce che penetra nello specchio viene ora inviata attraverso lo strato di materiale assorbente e quindi restituita allo specchio parzialmente trasparente con lenti e un altro specchio. "L'importante è che la lunghezza di questo percorso e la posizione degli elementi ottici siano regolati in modo tale che il raggio di luce di ritorno (e le sue molteplici riflessioni tra gli specchi) annulli esattamente il raggio di luce riflesso direttamente sul primo specchio ", hanno affermato Yevgeny Slobodkin e Gil Weinberg, studenti laureati dell'HU che hanno costruito il sistema a Gerusalemme.
I due raggi parziali si sovrappongono in modo tale che la luce si ostruisca, per così dire:sebbene lo specchio parzialmente trasparente da solo rifletta effettivamente gran parte della luce, questa riflessione è resa impossibile dall'altra parte del raggio che viaggia attraverso il sistema prima di tornare allo specchio parzialmente trasparente.
Pertanto, lo specchio, che prima era parzialmente trasparente, ora diventa completamente trasparente per il raggio laser incidente. In questo modo si crea una via a senso unico per la luce:il raggio luminoso può entrare nel sistema, ma poi non può più fuoriuscire a causa della sovrapposizione della porzione riflessa e della porzione guidata in circolo attraverso il sistema. Quindi la luce non ha altra scelta che essere assorbita:l'intero raggio laser viene inghiottito da uno strato sottile che altrimenti consentirebbe il passaggio della maggior parte del raggio.
"Il sistema deve essere sintonizzato esattamente sulla lunghezza d'onda che si desidera assorbire", ha spiegato Rotter. "Ma a parte questo, non ci sono requisiti limitanti. Il raggio laser non deve avere una forma specifica, può essere più intenso in alcuni punti che in altri:si ottiene sempre un assorbimento quasi perfetto."
Nemmeno la turbolenza dell'aria e le fluttuazioni di temperatura possono danneggiare il meccanismo, come è stato dimostrato negli esperimenti condotti presso l'Università Ebraica di Gerusalemme. Ciò dimostra che si tratta di un effetto robusto che promette un'ampia gamma di applicazioni:ad esempio, il meccanismo presentato potrebbe anche essere adatto a catturare perfettamente i segnali luminosi che vengono distorti durante la trasmissione attraverso l'atmosfera terrestre. Il nuovo approccio potrebbe anche essere di grande utilità pratica per alimentare in modo ottimale onde luminose da deboli sorgenti luminose (come stelle lontane) in un rivelatore. + Esplora ulteriormente
