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Vortici d'acqua, anelli di fumo, violenti tornado e galassie a spirale sono tutti esempi di torsioni nei fluidi, sebbene molto diversi tra loro. Torsioni analoghe, ma nel regno della luce, sono state realizzate dal gruppo di ricerca coordinato da Antonio Ambrosio dell'IIT-Istituto Italiano di Tecnologia, a Milano (Italia). I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Photonics , mostrano la realizzazione di 100 vortici di luce, accoppiati a formare una struttura ordinata, un cristallo di luce.
L'interazione reciproca tra luce e materiali nanostrutturati è al centro della ricerca di Antonio Ambrosio, Principal Investigator della linea di ricerca Vectorial Nano-imaging presso IIT di Milano e borsista del progetto ERC Consolidator "METAmorphoses".
Negli ultimi anni sono stati sviluppati generatori di luce intrecciati, ma in genere creano un singolo vortice che si propaga da solo nello spazio libero. I ricercatori dell'IIT hanno invece dimostrato che è possibile creare 100 vortici di luce, accoppiati in un cristallo di luce ordinato.
Il gruppo di Milano comprende anche il Ph.D. lo studente Michael de Oliveira e il ricercatore Marco Piccardo, anche primo autore dell'articolo. I loro risultati mostrano come una superficie di nanostruttura possa essere utilizzata come maschera per controllare contemporaneamente tutti i parametri di diversi raggi laser, non solo la loro intensità. Il gruppo ha dimostrato che ciò è possibile progettando una serie di metasuperfici, ovvero dispositivi ottici nanostrutturati, che modellano il raggio di luce all'interno di uno spazio 100 volte più sottile di un capello umano. Le metasuperfici realizzate modellano il fronte d'onda della luce come un cavatappi, generando un vortice ottico.
L'inserimento dell'array di metasuperficie all'interno di una cavità laser, dove la luce rimbalza continuamente tra due specchi, apre le porte a nuove proprietà, come l'autoriparazione di un difetto nel sistema o la riconfigurabilità del numero di torsioni che la luce effettua. Tali proprietà risultano dall'interazione tra diversi vortici del cristallo:ogni vortice è infatti modellato dall'interazione con altri vortici di una rete sintonizzabile.
La capacità di regolare il numero di torsioni su richiesta è una caratteristica unica del laser a metasuperficie. Sebbene i dispositivi abbiano un design fisso e possano generare solo un tipo specifico di vortice ottico nello spazio libero, quando inseriti in una cavità laser, le proprietà dei vortici, note come la loro topologia, possono essere modificate semplicemente sintonizzando uno specchio di cavità. Questa funzionalità potrebbe essere utilizzata per modulare dinamicamente la luce impartendo informazioni utili nelle torsioni per le comunicazioni ottiche.
Il sistema sviluppato a Milano è robusto e ha anche il potenziale per elaborare informazioni codificate in diversi sistemi accoppiati, comprese galassie lontane ed enormi. Grazie a questi nuovi risultati, è ora possibile simulare in laboratorio sistemi accoppiati complessi, con ordine alterato da difetti stabili, altrimenti difficilmente riproducibili poiché coinvolgenti scale enormi, come le galassie, o parte di sistemi idrodinamici estremi.
Nelle fasi successive, i ricercatori indagheranno su come regolare la forza dell'interazione tra i vortici ed estendere il sistema a un numero ancora maggiore di vortici. + Esplora ulteriormente
