Un nuovo metodo di costruzione dei materiali utilizzando la luce, sviluppato da ricercatori dell'Università di Cambridge, potrebbe un giorno abilitare tecnologie che sono spesso considerate il regno della fantascienza, come mantelli dell'invisibilità e dispositivi di occultamento.

Anche se le astronavi occultate non saranno una realtà per un bel po' di tempo, la tecnica che i ricercatori hanno sviluppato per costruire materiali con blocchi di pochi miliardesimi di metro di diametro può essere utilizzata per controllare il modo in cui la luce li attraversa, e funziona su grossi pezzi tutti in una volta. I dettagli sono pubblicati oggi (28 luglio) sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

La chiave per qualsiasi tipo di effetto "invisibilità" risiede nel modo in cui la luce interagisce con un materiale. Quando la luce colpisce una superficie, o è assorbito o riflesso, che è ciò che ci permette di vedere gli oggetti. Però, da materiali ingegneristici su scala nanometrica, è possibile produrre 'metamateriali':materiali in grado di controllare il modo in cui la luce interagisce con essi. La luce riflessa da un metamateriale viene rifratta nel modo "sbagliato", potenzialmente rendendo gli oggetti invisibili, o facendoli apparire come qualcos'altro.

I metamateriali hanno una vasta gamma di potenziali applicazioni, compreso il rilevamento e il miglioramento della tecnologia stealth militare. Però, prima che i dispositivi di occultamento possano diventare realtà su scala più ampia, i ricercatori devono determinare come realizzare i materiali giusti su scala nanometrica, e l'uso della luce si è ora dimostrato di enorme aiuto in tale nano-costruzione.

La tecnica sviluppata dal team di Cambridge prevede l'utilizzo di luce laser non focalizzata come miliardi di aghi, cucendo insieme nanoparticelle d'oro in lunghe stringhe, direttamente in acqua per la prima volta. Queste stringhe possono quindi essere impilate in strati uno sopra l'altro, simile ai mattoncini Lego. Il metodo consente di produrre materiali in quantità molto più elevate di quelle ottenibili con le tecniche attuali.

Per fare le corde, i ricercatori hanno utilizzato per la prima volta molecole a forma di botte chiamate cucurbituril (CB). I CB si comportano come distanziatori in miniatura, consentendo un altissimo grado di controllo sulla spaziatura tra le nanoparticelle, bloccandoli in posizione.

Per collegarli elettricamente, i ricercatori avevano bisogno di costruire un ponte tra le nanoparticelle. Le tecniche di saldatura convenzionali non sarebbero efficaci, in quanto provocano la fusione delle particelle. "Si tratta di trovare un modo per controllare quel ponte tra le nanoparticelle, " ha affermato il dottor Ventsislav Valev del Laboratorio Cavendish dell'Università, uno degli autori del saggio. "Unire insieme alcune nanoparticelle va bene, ma aumentarlo è una sfida".

La chiave per controllare i ponti risiede nelle cucurbiturili:la precisa distanza tra le nanoparticelle consente un controllo molto maggiore sul processo. Quando il laser è focalizzato sulle stringhe di particelle nei loro scaffold CB, produce plasmoni:increspature di elettroni sulle superfici dei metalli conduttori. Questi elettroni che saltano concentrano l'energia luminosa sugli atomi in superficie e li uniscono per formare ponti tra le nanoparticelle. L'utilizzo di laser ultraveloci determina la formazione di miliardi di questi ponti in rapida successione, infilare le nanoparticelle in lunghe stringhe, che può essere monitorato in tempo reale.

"Abbiamo controllato le dimensioni in un modo che non era stato possibile prima, " ha detto il dottor Valev, che ha collaborato al progetto con ricercatori del Dipartimento di Chimica e del Dipartimento di Scienza dei Materiali e Metallurgia. "Questo livello di controllo apre un'ampia gamma di potenziali applicazioni pratiche".