Personaggi in alcuni dei film di fantascienza più futuristici, come "Minority Report" e "Iron Man, " il computer di controllo visualizza con movimenti della mano abili e deliberati. In "Minority Report, " il protagonista, interpretato da Tom Cruise, usa guanti che brillano sulla punta delle dita e gli danno il potere della manipolazione virtuale. La luce sembra permettergli di controllare lo schermo come se fosse un touchscreen, ma non tocca nient'altro che aria.

Quella tecnologia è ancora fantascienza, ma un nuovo studio potrebbe avvicinarlo alla realtà. Un team di ricercatori dal Giappone riferisce questa settimana in Lettere di fisica applicata , che hanno scoperto un fenomeno chiamato effetto fotodielettrico, che potrebbe portare a display tattili controllati dal laser.

Un certo numero di componenti del circuito di base sono stati sviluppati oltre i loro tradizionali progetti basati sull'elettricità per essere invece controllati con la luce, come fotoresistenze, fotodiodi, e fototransistor. Però, non c'è ancora un fotocondensatore.

"Un foto-condensatore fornisce un nuovo modo per far funzionare i dispositivi elettronici con la luce, " ha affermato Hiroki Taniguchi dell'Università di Nagoya in Giappone. "Spingerà l'evoluzione dell'elettronica verso la fotoelettronica di prossima generazione".

I condensatori sono componenti di base per tutti i tipi di elettronica, agendo in qualche modo come secchi per gli elettroni che possono, Per esempio, immagazzinare energia o filtrare le frequenze indesiderate. Più semplicemente, un condensatore è costituito da due piastre conduttrici parallele separate da un materiale elettricamente isolante, chiamato dielettrico, come aria o vetro. L'applicazione di una tensione attraverso le piastre provoca l'accumulo di cariche opposte (e uguali) su entrambe le piastre.

Le proprietà del dielettrico giocano un ruolo determinante nel profilo del campo elettrico tra le piastre e, a sua volta, quanta energia può immagazzinare il condensatore. Usando la luce per aumentare una proprietà del dielettrico chiamata permittività, Taniguchi ei suoi colleghi sperano di creare condensatori controllati dalla luce.

I ricercatori precedenti hanno ottenuto un tipo di effetto foto-dielettrico utilizzando una varietà di materiali, ma si basava sulla fotoconduttanza, dove la luce aumenta la conduttività elettrica dei materiali. L'aumento della conduttanza, si scopre, porta ad una maggiore permittività dielettrica.

Ma questo tipo di effetto fotodielettrico estrinseco non è adatto per applicazioni pratiche, ha detto Taniguchi. Un condensatore deve essere un buon isolante, impedendo il passaggio di corrente elettrica. Ma sotto l'effetto fotodielettrico estrinseco, le proprietà isolanti di un condensatore si deteriorano. Inoltre, un tale condensatore funzionerebbe solo con corrente alternata a bassa frequenza.

Ora Taniguchi e i suoi colleghi hanno trovato un effetto fotodielettrico intrinseco in una ceramica con la composizione LaAl9.9Zn0.01O3-δ. "Abbiamo dimostrato sperimentalmente l'esistenza dell'effetto fotodielettrico, " Egli ha detto.

Nei loro esperimenti, hanno fatto brillare un diodo a emissione di luce (LED) sulla ceramica e ne hanno misurato la permittività dielettrica, che aumenta anche alle alte frequenze. Ma a differenza dei precedenti esperimenti che utilizzavano l'effetto fotodielettrico estrinseco, il materiale è rimasto un buon isolante.

La mancanza di una perdita significativa significa che il LED sta alterando direttamente la permittività dielettrica del materiale, e, in particolare, non aumenta la conduttanza, come nel caso dell'effetto estrinseco. Non è ancora chiaro come funzioni l'effetto fotodielettrico intrinseco, Taniguchi ha detto, ma potrebbe avere a che fare con difetti del materiale.

La luce eccita gli elettroni in stati energetici più elevati (quantizzati), ma gli stati quantistici dei difetti sono confinati a regioni più piccole, che potrebbe impedire a questi elettroni fotoeccitati di viaggiare abbastanza lontano da generare una corrente elettrica. L'ipotesi è che gli elettroni rimangano intrappolati, il che porta a un maggiore isolamento elettrico del materiale dielettrico.

Sono necessarie ulteriori ricerche prima di vedere schermi controllati dalla luce, ma il lavoro è un passo significativo per il campo. Ulteriori ricerche cercheranno di migliorare ancora di più l'effetto, minimizzare qualsiasi dissipazione di energia dovuta a un calo delle proprietà dielettriche, e ottimizzare il processo di fabbricazione del materiale, ha detto Taniguchi. Ulteriori studi potrebbero anche rivelare nuovi materiali più adatti per altre applicazioni elettroniche.