I fisici che lavorano con il ricercatore Oriol Romero-Isart hanno ideato un nuovo schema semplice per generare teoricamente campi elettromagnetici arbitrariamente brevi e focalizzati. Questo nuovo strumento potrebbe essere utilizzato per un rilevamento preciso e in microscopia.

microonde, radiazione di calore, luce e radiazioni X sono esempi di onde elettromagnetiche. Molte applicazioni richiedono di focalizzare i campi elettromagnetici a piccole dimensioni spazio-temporali. Gli ingegneri possono utilizzare metodi diversi per raggiungere questo obiettivo. Nel diario Lettere di revisione fisica , ricercatori nel gruppo di Oriol Romero-Isart presso l'Istituto di ottica quantistica e informazione quantistica (IQOQI) e l'Istituto di fisica teorica dell'Università di Innsbruck insieme a Ignacio Cirac e Theodor Hänsch presso l'Istituto Max Planck di ottica quantistica, Monaco, hanno pubblicato un nuovo schema per la generazione di campi elettromagnetici ultrafocalizzati.

Comportamento sorprendente

Quando la corrente elettrica scorre attraverso una bobina, produce onde elettromagnetiche che si propagano in tutte le direzioni. Quando la bobina viene posta all'interno di un cilindro che riflette perfettamente le onde si verifica un fenomeno sorprendente. "Con questa configurazione potrebbero essere generati impulsi arbitrariamente focalizzati e impulsi quasi equidistanti, " dice il giovane scienziato Patrick Maurer. "Più modalità guida d'onda sono eccitate, più focalizzati diventano i campi elettromagnetici." I fisici teorici hanno caratterizzato analiticamente il sistema a tal punto che, in base alle riflessioni delle onde elettromagnetiche all'interno del cilindro, sono stati in grado di progettare un impulso di corrente che eccita un numero chiaramente definito di modalità. "A causa delle proprietà specifiche del sistema, l'impulso corrente deve essere regolato solo leggermente per modificare il numero di modalità o, in altre parole, mettere a fuoco il campo con più forza. La frequenza media dell'impulso rimane sostanzialmente la stessa, " spiega Jordi Prat-Camps, Postdoc nel gruppo di ricerca di Romero-Isart. Lo spettro del campo generato è determinato dal raggio del cilindro. Per esempio, impulsi a microonde focalizzati possono essere generati utilizzando un cilindro dello spessore di diversi centimetri.

Sfide tecnologiche

I fisici di Innsbruck hanno potuto confermare i loro calcoli analitici con simulazioni numeriche. Hanno dimostrato che i campi hanno mantenuto le loro proprietà uniche per un po' di tempo dopo essere usciti dal cilindro attraverso una delle aperture. Questo nuovo concetto è di interesse per le applicazioni tecnologiche che richiedono campi ultra focalizzati per funzionare. Per esempio, nel campo della microscopia questo nuovo schema potrebbe facilitare lo sviluppo di dispositivi ancora più precisi. Per attuare il loro schema, i fisici sottolineano due requisiti:"In primo luogo, dobbiamo trovare un materiale che rifletta perfettamente in un'ampia gamma di frequenze, " dice Prat-Camps. "Inoltre, dobbiamo generare con precisione l'impulso di corrente calcolato. Quanto migliori sono soddisfatti questi requisiti, più chiara sarà la visibilità dell'effetto desiderato."