Quando guardi il cielo e vedi nuvole dalle forme meravigliose, o fai fatica a scrutare attraverso una nebbia densa e nebbiosa, stai vedendo i risultati della "scattering Mie", che è ciò che accade quando la luce interagisce con particelle di una certa dimensione. Esiste un crescente numero di ricerche che mirano a manipolare questo fenomeno e rendere possibile una serie di tecnologie interessanti.

Ora, in uno studio recentemente pubblicato su Nature Communications , un gruppo di ricerca multi-istituzionale che include l'Università di Osaka ha superato quelle che si pensava fossero limitazioni fondamentali su come migliorare l'efficienza dello scattering Mie. L'articolo è intitolato "Ingegneria multipolare mediante risonanza di spostamento:un nuovo grado di libertà della risonanza Mie."

I ricercatori nel campo della metafotonica utilizzano fenomeni come lo scattering Mie per generare output dei dispositivi che non sono possibili con i nanomateriali convenzionali, ad esempio la tecnologia di sorveglianza a bassa potenza.

Per molti anni, però, i ricercatori hanno pensato che lo scattering Mie potesse essere manipolato solo modificando la lunghezza d’onda della luce o la dimensione della nanostruttura con cui interagisce. Superare questa limitazione, ampliando studi recenti incentrati sull'allineamento tra il laser e le nanostrutture, era l'obiettivo del presente lavoro.

"Nel nostro approccio, disallineiamo il laser incidente", spiega Yu-Lung Tang, autore principale dello studio. "In altre parole, spostiamo la posizione dell'illuminazione su scala nanometrica dal centro della nanostruttura target."

In tal modo, i ricercatori hanno scoperto che la dispersione esibita dalle nanostrutture di silicio dipendeva dall'entità del disallineamento del laser strettamente focalizzato con il centro della nanostruttura. Un disallineamento di soli 100 nanometri potrebbe indurre la diffusione massimizzata della risonanza Mie che era precedentemente oscurata perché la microscopia convenzionale utilizza l'illuminazione della luce a onde piane.

Questi risultati potrebbero aumentare l’efficienza delle tecnologie ottiche. Ad esempio, il lavoro del team potrebbe aiutare i ricercatori a sviluppare transistor completamente ottici, ovvero transistor che utilizzano la luce anziché l'elettricità e superano le prestazioni delle loro controparti elettroniche convenzionali.

"Siamo entusiasti perché abbiamo ampliato i fondamenti della secolare teoria della luce dello scattering Mie", afferma Junichi Takahara, autore senior. "Le applicazioni sono di vasta portata e attualmente in corso nel nostro laboratorio."

Questo lavoro rappresenta un importante passo avanti nella nostra comprensione delle interazioni luce-materia. Inoltre, questi risultati non si limitano al silicio e il laser incidente non ha bisogno di essere una lunghezza d'onda visibile, incoraggiando entusiasmanti progressi nella metafotonica e avvicinando alla realtà tecnologie fantastiche come i dispositivi di occultamento.

Ulteriori informazioni: Yu-Lung Tang et al, Ingegneria multipolare mediante risonanza di spostamento:un nuovo grado di libertà della risonanza Mie, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43063-y

Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura

Fornito dall'Università di Osaka