Un nuovo dispositivo piega la luce visibile all'interno di un cristallo per produrre radiazioni di "sincrotrone" (blu e verde) tramite un impulso di luce in accelerazione (rosso) su una scala mille volte più piccola delle enormi strutture in tutto il mondo. Credito:immagine dell'Università del Michigan/Meredith Henstridge
L'impianto di accelerazione DESY ad Amburgo, Germania, va avanti per miglia per ospitare una particella facendo giri chilometrici quasi alla velocità della luce. Ora i ricercatori hanno ridotto una tale struttura alle dimensioni di un chip per computer.
Un team dell'Università del Michigan in collaborazione con la Purdue University ha creato un nuovo dispositivo che supporta ancora la velocità lungo percorsi circolari, ma per produrre frequenze di luce più basse nella gamma di applicazioni terahertz come l'identificazione di banconote false o la distinzione tra tessuto canceroso e sano.
"Per far curvare la luce, devi scolpire ogni pezzo del raggio di luce con una particolare intensità e fase, e ora possiamo farlo in modo estremamente chirurgico, " ha detto Roberto Merlino, Peter A. Franken Collegiate Professor of Physics dell'Università del Michigan.
Il lavoro è pubblicato sulla rivista Scienza . In definitiva, questo dispositivo potrebbe essere convenientemente adattato per un chip di computer.
"Più sorgenti terahertz abbiamo, meglio è. Questa nuova fonte è anche eccezionalmente più efficiente, figuriamoci che è un sistema enorme creato su scala millimetrica, " disse Vlad Shalaev, Bob di Purdue e Anne Burnett Distinguished Professor di Ingegneria Elettrica e Informatica.
Il dispositivo che i ricercatori del Michigan e della Purdue hanno costruito genera la cosiddetta radiazione di "sincrotrone", che è l'energia elettromagnetica emessa da particelle cariche, come elettroni e ioni, che si muovono vicino alla velocità della luce quando i campi magnetici piegano i loro percorsi.
Diverse strutture in tutto il mondo, come DESY, generare radiazione di sincrotrone per studiare un'ampia gamma di problemi dalla biologia alla scienza dei materiali.
Questo impulso di luce in accelerazione (a sinistra) ha soddisfatto le aspettative (a destra) che avrebbe seguito una traiettoria curva ed emetterebbe radiazioni alle frequenze terahertz della tecnologia di sicurezza e di altre applicazioni di rilevamento. Credito:video dell'Università del Michigan/Meredith Henstridge
Ma gli sforzi passati per piegare la luce per seguire un percorso circolare sono arrivati sotto forma di lenti o modulatori di luce spaziale troppo ingombranti per la tecnologia on-chip.
Un team guidato da Merlin e Meredith Henstridge, ora ricercatore post-dottorato presso il Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter, ha sostituito queste forme più ingombranti con circa 10 milioni di minuscole antenne stampate su un cristallo di tantalite di litio, chiamato "metasuperficie, " progettato dal team del Michigan di Anthony Grbic e costruito dai ricercatori della Purdue.
I ricercatori hanno utilizzato un laser per produrre un impulso di luce visibile che dura un trilionesimo di secondo. La schiera di antenne fa sì che l'impulso luminoso acceleri lungo una traiettoria curva all'interno del cristallo.
Invece di una particella carica che si muove a spirale per chilometri, l'impulso di luce ha spostato gli elettroni dalle loro posizioni di equilibrio per creare "momenti di dipolo". Questi momenti di dipolo accelerati lungo la traiettoria curva dell'impulso luminoso, con conseguente emissione di radiazione di sincrotrone molto più efficiente nell'intervallo dei terahertz.
"Questo non è ancora stato costruito per un chip di computer, ma questo lavoro dimostra che la radiazione di sincrotrone potrebbe eventualmente aiutare a sviluppare sorgenti di terahertz su chip, " ha detto Shalaev.
