I ricercatori di ingegneria elettrica dell'Università del Minnesota hanno sviluppato un dispositivo unico su scala nanometrica che per la prima volta dimostra il trasporto meccanico della luce. La scoperta potrebbe avere importanti implicazioni per la creazione di dispositivi ottici più veloci ed efficienti per il calcolo e la comunicazione.

Il documento di ricerca dell'assistente professore di ingegneria elettrica e informatica dell'Università del Minnesota Mo Li e del suo studente laureato Huan Li è stato pubblicato online e apparirà nel numero di ottobre di Nanotecnologia della natura .

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo dispositivo su nanoscala in grado di catturare, misurare e trasportare particelle fondamentali di luce, chiamati fotoni. Il minuscolo dispositivo misura solo 0,7 micrometri per 50 micrometri (circa 0,00007 per 0,005 centimetri) e funziona quasi come un'altalena. Su ogni lato delle "panchine altalena, " i ricercatori hanno inciso una serie di fori, chiamate cavità di cristalli fotonici. Queste cavità catturano fotoni provenienti da una sorgente vicina.

Anche se le particelle di luce non hanno massa, i fotoni catturati erano in grado di fare l'altalena perché generavano forza ottica. I ricercatori hanno confrontato le forze ottiche generate dai fotoni catturati nelle cavità sui due lati dell'altalena osservando come l'altalena si muoveva su e giù. In questo modo, i ricercatori hanno pesato i fotoni. Il loro dispositivo è abbastanza sensibile da misurare la forza generata da un singolo fotone, che corrisponde a circa un terzo di mille-trilionesimo di libbra o un settimo di mille-trilionesimo di chilogrammo.

Il professor Li e il suo gruppo di ricerca hanno anche usato l'altalena per dimostrare sperimentalmente per la prima volta il controllo meccanico del trasporto della luce.

"Quando abbiamo riempito la cavità sul lato sinistro di fotoni e abbiamo lasciato vuota la cavità sul lato destro, la forza generata dai fotoni iniziò a far oscillare l'altalena. Quando l'oscillazione era abbastanza forte, i fotoni possono riversarsi lungo il raggio dalla cavità piena alla cavità vuota durante ogni ciclo, " ha detto Li. "Chiamiamo il fenomeno 'fotone spola.'"

Più forte è l'oscillazione, più fotoni vengono trasportati dall'altra parte. Attualmente il team è stato in grado di trasportare circa 1, 000 fotoni in un ciclo. Per confronto, una lampadina da 10W emette 1020 fotoni al secondo. L'obiettivo finale del team è trasportare un solo fotone in un ciclo in modo che la fisica quantistica della luce possa essere rivelata e imbrigliata.

"La capacità di controllare meccanicamente il movimento dei fotoni invece di controllarli con dispositivi optoelettronici costosi e ingombranti potrebbe rappresentare un significativo progresso tecnologico, " disse Huan Li, l'autore principale dell'articolo.

La ricerca potrebbe essere utilizzata per sviluppare un modo micromeccanico estremamente sensibile per misurare l'accelerazione di un'auto o di un corridore, o potrebbe essere utilizzato come parte di un giroscopio per la navigazione, Li ha detto.

Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di costruire sofisticate navette di fotoni con più trappole su entrambi i lati del dispositivo altalena che potrebbero trasportare i fotoni su distanze maggiori e a velocità più elevate. Si aspettano che tali dispositivi possano svolgere un ruolo nello sviluppo di circuiti microelettronici che utilizzerebbero la luce invece degli elettroni per trasportare dati, che li renderebbe più veloci e consumerebbero meno energia rispetto ai circuiti integrati tradizionali.