In un laboratorio della USC, Mercedeh Khajavikhan progetta nuove strutture che cambiano la forma della luce mentre viene trasportata. Crea strutture rivoluzionarie in un campo della scienza chiamato fotonica. Il suo lavoro è importante perché riguarda molte cose usate nella vita quotidiana, compresi i laser per l'imaging e il rilevamento, cavi in ​​fibra ottica per comunicazioni avanzate e chip per computer per aumentare le capacità di elaborazione a un livello che le generazioni precedenti non avrebbero mai potuto immaginare.

Abbiamo raggiunto Khajavikhan, l'IBM Early Career Chair e professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso la USC Viterbi School of Engineering, per parlare del progetto su cui sta lavorando il suo team.

Su cosa lavori?

Il nostro laboratorio conduce ricerche che combinano teorie all'avanguardia in matematica e fisica con la fotonica per creare nuovi progetti ingegneristici che modellano la luce in modi in cui non potremmo fare a meno di unire i due campi.

Cos'è la fotonica?

La fotonica è un campo scientifico relativamente nuovo che ha circa 100 anni. È tutta una questione di luce:nuovi tipi di laser, flussi olografici, luce che trasmette informazioni, modi diversi per proiettare la luce e utilizzarla attraverso le strutture. Si tratta di cambiare le strutture ai limiti dell'ottica, che tutto dovrebbe essere simmetrico. Se lo superi, quindi si ottengono nuove opportunità per far muovere la luce in modo più efficiente rispetto ai laser standard.

Che cos'è un "sistema fotonico attivo"?

I sistemi fotonici attivi sono materiali utilizzati per manipolare la luce, e sono più importanti per la vita moderna di quanto si creda. Nei dispositivi medici, potrebbero essere utilizzati per migliorare il rilevamento e la raccolta dei dati. Quando implementato nei semiconduttori, aumentano notevolmente la potenza di calcolo. Svolgono un ruolo importante nella navigazione, dove i giroscopi fotonici forniscono capacità GPS migliorate. La luce può anche essere manipolata per la trasmissione ottica dei dati. Infatti, alcune nuove forme di fasci di luce attorcigliati potrebbero rendere totalmente obsoleta la velocità delle nostre attuali fibre ottiche.

Che tipo di aziende sono interessate a questa ricerca?

La fotonica gioca un ruolo importante in così tante tecnologie, quindi puoi immaginare che molte industrie siano interessate; tutto dalle comunicazioni, trasporto e difesa, all'intrattenimento, Salute, e manifatturiero. È difficile immaginare molte aree dell'ingegneria che non beneficiano direttamente della ricerca sulla fotonica. Qualsiasi settore a cui ti viene in mente trarrebbe direttamente vantaggio da minori, più intelligente, tecnologia più programmabile:la fotonica è essenziale per questo.

Un'area particolare che si distingue è la produzione di semiconduttori. Oggi, gli Stati Uniti rischiano di restare indietro rispetto ai nostri concorrenti, con grandi implicazioni per la nostra economia e la nostra sicurezza.

Qual è il tuo obiettivo nella ricerca?

Per spostare le frontiere della scienza. Quello che mi interessa di più è acquisire conoscenza perché la conoscenza è una cosa meravigliosa. mi piace la sfida, e la fotonica è un campo in cui puoi spingere i limiti per creare luce non simmetrica:quanto puoi deformare la sua struttura e tuttavia mantenere la sua forma.

Cosa ti ha portato all'ingegneria invece della fisica tradizionale?

Volevo essere un fisico, ma mio padre ha detto di studiare ingegneria perché altrimenti finirai per fare l'insegnante di liceo. Lavorando nell'ingegneria elettrica elettrofisica, siamo in grado di realizzare applicazioni reali. L'USC è un buon posto per questo perché ci sono molti docenti.

Di cosa tratta la tua ultima ricerca?

Abbiamo pubblicato un articolo in Fisica della natura che mostra come abbiamo costruito una forma di luce mai vista prima. La creazione di una nuova forma di luce può essere pensata come scrivere un nuovo algoritmo o un nuovo pezzo di codice per computer; ha il potenziale per portare a qualsiasi numero di progressi tecnologici, a seconda di quanto sia creativo l'ingegnere. È possibile la nostra forma leggera, e ad altri piace, contribuirà un giorno a cambiare la natura delle comunicazioni, informatica, trasporti o un numero qualsiasi di altre industrie su cui la società fa affidamento ogni singolo giorno.

Meglio riusciamo a costruire questi materiali, e più creativamente pensiamo a loro, più possiamo fare. Potresti pensare ai sistemi fotonici come qualcosa di simile ai Lego. Puoi costruire un sacco di cose incredibili con i Lego, anche se i pezzi si collegano tra loro solo su due lati e sempre allo stesso modo. Ma se un giorno inventassi pezzi capaci di connettersi da tutte le parti e muoversi e cambiare colore, saresti in grado di fare cose che prima non avresti mai immaginato. Questo è ciò che amo dei sistemi fotonici:ogni nuova struttura che progettiamo e ogni nuovo materiale che costruiamo apre possibilità prima inimmaginabili.