La spettroscopia è l'uso della luce per analizzare oggetti fisici e campioni biologici. Diversi tipi di luce possono fornire diversi tipi di informazioni. La luce ultravioletta del vuoto è utile in quanto può aiutare le persone in una vasta gamma di campi di ricerca, ma la generazione di quella luce è stata difficile e costosa. I ricercatori hanno creato un nuovo dispositivo per generare in modo efficiente questo speciale tipo di luce utilizzando una pellicola ultrasottile con perforazioni su nanoscala.

Le lunghezze d'onda della luce che vedi con i tuoi occhi costituiscono una semplice frazione delle possibili lunghezze d'onda della luce che esistono. C'è luce infrarossa che puoi sentire sotto forma di calore, o guarda se per caso sei un serpente, che ha una lunghezza d'onda maggiore della luce visibile. All'estremità opposta c'è la luce ultravioletta (UV) che puoi usare per produrre vitamina D nella tua pelle, o vedi se per caso sei un'ape. Queste e altre forme di luce hanno molti usi nella scienza.

All'interno della gamma UV c'è un sottoinsieme di lunghezze d'onda noto come luce ultravioletta sotto vuoto (VUV), così chiamati perché sono facilmente assorbiti dall'aria ma possono passare attraverso il vuoto. Alcune lunghezze d'onda VUV nella regione di circa 120-200 nanometri sono di particolare utilità per scienziati e ricercatori medici in quanto possono essere utilizzate per analisi chimiche e fisiche di diversi materiali e persino campioni biologici.

Però, c'è di più alla luce di una lunghezza d'onda. Perché VUV sia veramente utile, ha anche bisogno di essere attorcigliato o polarizzato in un modo chiamato polarizzazione circolare. Metodi esistenti per produrre VUV, come l'uso di acceleratori di particelle o plasmi azionati da laser, hanno molti inconvenienti, compreso il costo, scala e complessità. Ma anche, questi possono produrre solo VUV polarizzato lineare non attorcigliato. Se esistesse un modo semplice per creare VUV polarizzati circolari, sarebbe estremamente vantaggioso. L'assistente professore Kuniaki Konishi dell'Istituto per la scienza e la tecnologia dei fotoni dell'Università di Tokyo e il suo team potrebbero avere la risposta.

"Abbiamo creato un semplice dispositivo per convertire la luce laser visibile polarizzata circolarmente in VUV polarizzata circolarmente, girata in senso opposto, " ha detto Konishi. "La nostra nanomembrana dielettrica a cristalli fotonici (PCN) è costituita da un foglio costituito da un cristallo a base di ossido di alluminio (ℽ-Al2O3) di soli 48 nm di spessore. Si trova sopra un foglio di silicio spesso 525 micrometri che ha fori larghi 190 nm tagliati a 600 nm di distanza l'uno dall'altro".

Ai nostri occhi la membrana PCN sembra solo una superficie piatta senza caratteristiche, ma sotto un potente microscopio si può vedere lo schema delle perforazioni. Assomiglia un po' ai fori di un soffione che aumentano la pressione dell'acqua per fare dei getti.

"Quando impulsi di luce laser blu polarizzata circolarmente con una lunghezza d'onda di 470 nm illuminano questi canali nel silicio, il PCN agisce su questi impulsi e li torce nella direzione opposta, " ha detto Konishi. "Riduce anche le loro lunghezze d'onda a 157 nm che è ben all'interno della gamma di VUV che è così utile nella spettroscopia".

Con brevi impulsi di VUV polarizzati circolarmente, i ricercatori possono osservare fenomeni fisici veloci o di breve durata su scala submicrometrica che altrimenti sarebbero impossibili da vedere. Tali fenomeni includono i comportamenti di elettroni o biomolecole. Quindi questo nuovo metodo per generare VUV può essere utile ai ricercatori in medicina, Scienze di vita, chimica molecolare e fisica dello stato solido. Sebbene un metodo simile sia stato dimostrato in precedenza, ha prodotto lunghezze d'onda più lunghe meno utili, e lo ha fatto utilizzando una pellicola a base di metallo che è soggetta a rapida degradazione in presenza di luce laser. PCN è molto più robusto rispetto a questo.

"Sono lieto che attraverso il nostro studio sulla PCN, abbiamo trovato una nuova e utile applicazione per la conversione della luce polarizzata circolarmente, generare VUV con l'intensità necessaria per renderlo ideale per la spettroscopia, " ha detto Konishi. "Ed è stato sorprendente che la membrana PCN potesse sopravvivere al ripetuto bombardamento di luce laser, a differenza dei precedenti dispositivi a base di metallo. Questo lo rende adatto per l'uso in laboratorio dove può essere ampiamente utilizzato per lunghi periodi. Lo abbiamo fatto per la scienza di base e spero di vedere molti tipi di ricercatori fare buon uso del nostro lavoro".