Nel 1961, il fisico Ugo Fano fornì la prima spiegazione teorica di un'anomala asimmetria osservata nei profili spettrali dei gas nobili. Ha proposto un'interpretazione d'impatto di questo fenomeno, ora chiamato 'Fano risonanza, ' affermando che se uno stato eccitato discreto di un sistema rientra nell'intervallo di energia di un continuum di altri possibili stati, questi due possono interferire l'uno con l'altro e dare origine a picchi e cali anomali nella risposta in frequenza del sistema.

Sebbene la risonanza di Fano possa verificarsi in vari sistemi fisici, i recenti progressi nelle metasuperfici e nelle nanotecnologie hanno attirato l'attenzione su questo fenomeno come uno strumento potenzialmente potente nell'ottica. La comprensione convenzionale delle risonanze ottiche di Fano è che sono selettive nel dominio della frequenza del momento; in altre parole, possono essere eccitati solo da onde luminose planari con frequenze e angoli di incidenza specifici, limitandone così l'applicabilità. Ma questa immagine potrebbe effettivamente essere incompleta?

In un recente studio pubblicato su Fotonica avanzata , gli scienziati Adam Overvig e Andrea Alù del Centro Ricerche Avanzate, Università della città di New York, STATI UNITI D'AMERICA, ha studiato le metasuperfici Fano-risonanti e ha scoperto nuove proprietà che potrebbero sbloccare il loro vero potenziale. Overvig e Alù sono andati oltre le metasuperfici periodiche convenzionalmente utilizzate per suscitare le risonanze di Fano, dimostrando che una periodicità rigorosa non è effettivamente richiesta per consentire questo fenomeno, e di conseguenza le metasuperfici esistenti rappresentano solo un sottoinsieme specifico delle risonanze di Fano che possono emergere nei sistemi ottici.

Un esempio generale è utile per ottenere il senso generale dello studio. Un convenzionale, metasuperficie periodica Fano-risonante offre una forte polarizzazione, e selettività sia spettrale che angolare. Ciò significa che il sistema riflette a malapena la luce di una data frequenza, angolo di incidenza, e polarizzazione a meno che non corrispondano specificamente a quelli della sua risonanza Fano (nel qual caso, si verifica una riflessione perfetta). Come affermato prima, un altro aspetto importante di tali metasuperfici periodiche è che possono subire risonanze di Fano solo se le onde luminose incidenti hanno un fronte d'onda planare. In netto contrasto con queste limitazioni, i ricercatori hanno dimostrato che è possibile creare una metasuperficie non periodica che raggiunga una riflessione perfetta, curiosamente accompagnato dalla coniugazione di fase dei campi in arrivo, per onde luminose con una forma e un fronte d'onda arbitrariamente adattati.

Overvig e Alù hanno dimostrato matematicamente che queste metasuperfici possono essere costruite introducendo strategicamente perturbazioni non periodiche in lastre di cristallo fotonico altrimenti altamente periodiche. Il loro lavoro fa luce su aspetti ancora inesplorati della risonanza ottica di Fano, estendendo il concetto oltre la comprensione convenzionale.

La strategia proposta ha molteplici applicazioni rilevanti, come sintetizza Alù:"La nostra constatazione generalizza il concetto di risonanza di Fano, dimostrando che non è necessariamente associato a un fronte d'onda planare. In pratica, ciò consente una nuova classe di dispositivi ottici che sono trasparenti e interagiscono debolmente con la luce in ingresso per la maggior parte delle eccitazioni ma sono in qualche modo attivati ​​da una specifica forma del fronte d'onda, frequenza, e polarizzazione, che può essere selezionato in base alla progettazione. Solo in questa specifica condizione di eccitazione, il dispositivo diventa altamente riflettente e restituisce una versione invertita nel tempo dell'input specifico."

Elabora la funzionalità di tali dispositivi:"Un esempio può essere una superficie trasparente che può essere illuminata da qualsiasi angolazione e da qualsiasi frequenza e polarizzazione, ed è sempre trasparente. Però, se lo illumini con una sorgente puntiforme localizzata posizionata solo in una posizione specifica, con la precisa frequenza e polarizzazione, tutta l'energia in ingresso viene riflessa e focalizzata nella posizione della sorgente."

Il concetto introdotto di risonanze di Fano generalizzate potrebbe aprire la strada a metamateriali sofisticati che manipolano la luce in modi nuovi, con applicazioni entusiasmanti in un numero disparato di scenari non limitati all'ottica, ma estendibile anche all'acustica e ad altri fenomeni ondulatori.