I ricercatori hanno fatto un passo avanti nel controllo dei laser a cascata quantica terahertz, che potrebbe portare alla trasmissione di dati alla velocità di 100 gigabit al secondo, circa mille volte più veloce di una Ethernet veloce che opera a 100 megabit al secondo.

Ciò che distingue i laser a cascata quantica terahertz dagli altri laser è il fatto che emettono luce nell'intervallo terahertz dello spettro elettromagnetico. Hanno applicazioni nel campo della spettroscopia dove vengono utilizzati nelle analisi chimiche.

I laser potrebbero anche eventualmente fornire ultraveloci, collegamenti wireless a corto raggio in cui è necessario trasferire grandi set di dati attraverso i campus ospedalieri o tra strutture di ricerca nelle università o nelle comunicazioni satellitari.

Per poter inviare dati a queste velocità maggiori, i laser devono essere modulati molto rapidamente:si accendono e si spengono o pulsano circa 100 miliardi di volte al secondo.

Finora ingegneri e scienziati non sono riusciti a sviluppare un modo per raggiungere questo obiettivo.

Un team di ricerca dell'Università di Leeds e dell'Università di Nottingham ritiene di aver trovato un modo per fornire una modulazione ultraveloce, combinando la potenza delle onde acustiche e luminose. Hanno pubblicato i loro risultati oggi in Comunicazioni sulla natura .

John Cunningham, Professore di Nanoelettronica a Leeds, ha dichiarato:"Questa è una ricerca entusiasmante. Al momento, il sistema per modulare un laser a cascata quantistica è azionato elettricamente, ma quel sistema ha dei limiti.

"Ironicamente, la stessa elettronica che eroga la modulazione di solito mette un freno alla velocità della modulazione. Il meccanismo che stiamo sviluppando si basa invece sulle onde acustiche".

Un laser a cascata quantica è molto efficiente. Quando un elettrone passa attraverso il componente ottico del laser, passa attraverso una serie di "pozzi quantici" in cui il livello di energia dell'elettrone scende e viene emesso un fotone o un impulso di energia luminosa.

Un elettrone è in grado di emettere più fotoni. È questo processo che viene controllato durante la modulazione.

Invece di utilizzare l'elettronica esterna, i team di ricercatori delle università di Leeds e Nottingham hanno utilizzato onde acustiche per far vibrare i pozzi quantici all'interno del laser a cascata quantica.

Le onde acustiche sono state generate dall'impatto di un impulso di un altro laser su una pellicola di alluminio. Ciò ha causato l'espansione e la contrazione del film, inviando un'onda meccanica attraverso il laser a cascata quantistica.

Tony Kent, Professore di fisica a Nottingham ha detto "Essenzialmente, quello che abbiamo fatto è stato usare l'onda acustica per scuotere gli intricati stati elettronici all'interno del laser a cascata quantica. Abbiamo quindi potuto vedere che la sua emissione di luce terahertz veniva alterata dall'onda acustica".

Il professor Cunningham ha aggiunto:"Non abbiamo raggiunto una situazione in cui potessimo fermarci e avviare completamente il flusso, ma siamo stati in grado di controllare l'emissione luminosa di una piccola percentuale, che è un ottimo inizio.

"Crediamo che con un ulteriore affinamento, saremo in grado di sviluppare un nuovo meccanismo per il controllo completo delle emissioni di fotoni dal laser, e forse anche integrare strutture che generano suoni con il laser terahertz, in modo che non sia necessaria alcuna sorgente sonora esterna."

Il professor Kent ha dichiarato:"Questo risultato apre una nuova area in cui fisica e ingegneria si uniscono nell'esplorazione dell'interazione tra suono terahertz e onde luminose, che potrebbero avere reali applicazioni tecnologiche."