I ricercatori della Duke University hanno scoperto che un perfetto assorbitore di onde elettromagnetiche descritto in un articolo del 2017 può essere facilmente trasformato in una sorta di "laser a inversione di tempo" noto come assorbitore perfetto coerente (CPA).

La ricerca è apparsa online il 28 gennaio sulla rivista Materiali ottici avanzati .

Un laser è un dispositivo che trasforma l'energia in luce coerente, il che significa che le onde luminose sono perfettamente allineate tra loro. Invertire il processo, un CPA, a volte chiamato laser a tempo inverso, è un dispositivo che assorbe tutta l'energia da due onde elettromagnetiche identiche che lo colpiscono da entrambi i lati in perfetta sincronia. Questo è, le creste e gli avvallamenti delle loro onde entrano nel materiale da entrambi i lati esattamente nello stesso momento.

Nel 2017, Willie Padilla, professore di ingegneria elettrica e informatica alla Duke, costruì il primo materiale in grado di assorbire quasi il 100% dell'energia di un'onda elettromagnetica senza contenere nemmeno un atomo di metallo. Il dispositivo era un metamateriale:materiali sintetici composti da molti individui, caratteristiche ingegnerizzate che insieme producono proprietà non presenti in natura.

Questo particolare metamateriale presentava ceramica di zirconia costruita in una superficie increspata con cilindri come la faccia di un mattoncino Lego. Dopo aver modellato computazionalmente le proprietà del dispositivo alterando le dimensioni e la spaziatura dei cilindri, i ricercatori si sono resi conto di aver effettivamente creato un tipo più fondamentale di CPA.

"Abbiamo già studiato questo sistema come un perfetto assorbitore, ma ora abbiamo capito che questo dispositivo può essere configurato anche per essere un CPA, " ha detto Padilla. "Questo studio ha dimostrato che questi campi apparentemente diversi sono in realtà la stessa cosa".

I CPA attualmente descritti in letteratura hanno tutti una sola modalità. Funzionano quando le onde elettromagnetiche in arrivo sono perfettamente allineate o perfettamente fuori sincrono. Padilla e Kebin Fan, un professore assistente di ricerca nel laboratorio di Padilla, hanno scoperto che il loro assorbitore perfetto è in realtà un CPA con due modalità di sovrapposizione:può assorbire onde sia allineate che disallineate.

Modificando i parametri del materiale in modo che le due modalità non si sovrappongano più, Padilla e Fan sono stati in grado di dimostrare che potrebbe facilmente diventare proprio come i CPA attualmente in letteratura, ma con molta più versatilità.

"I CPA tipici hanno una sola variabile, lo spessore del materiale, " disse Fan. "Ne abbiamo tre:il raggio dei cilindri, altezza e periodicità. Questo ci dà molto più spazio per personalizzare queste modalità e inserirle nello spettro di frequenza dove le vogliamo, dandoci molta flessibilità per personalizzare i CPA."

Nella carta, i ricercatori mostrano che il loro dispositivo può passare dall'assorbimento di tutte le fasi delle onde elettromagnetiche a solo quelle sincronizzate tra loro semplicemente aumentando l'altezza dei cilindri da 1,1 millimetri a 1,4. Con questa facilità di transizione, credono che dovrebbe essere possibile progettare un materiale in grado di passare dinamicamente tra i due.

"Non l'abbiamo ancora fatto, " ha detto Padilla. "È impegnativo, ma è nella nostra agenda".

Sebbene al momento non ci siano dispositivi che utilizzino le capacità dei CPA, Padilla e Fan ne hanno in mente alcuni. In linea di principio, i ricercatori potrebbero progettare un dispositivo che misura non solo l'intensità della luce in entrata come una normale fotocamera, ma anche la sua fase.

"Se stai cercando di capire le proprietà di un materiale, più misure hai, più riesci a capire il materiale, "disse Padilla. "E mentre esistono rivelatori coerenti, ne abbiamo uno nel nostro laboratorio, in realtà, sono estremamente costosi da costruire con altre tecnologie."