Quando un'anatra rema attraverso uno stagno o un aereo supersonico vola nel cielo, lascia una scia sul suo cammino. Le risvegli si verificano ogni volta che qualcosa viaggia attraverso un mezzo più veloce delle onde che crea, nel caso delle onde d'acqua dell'anatra, nel caso dell'aereo onde d'urto, altrimenti noto come boom sonico.

Le scie possono esistere ovunque ci siano onde, anche se quelle onde sono leggere. Mentre nulla viaggia più veloce della velocità della luce nel vuoto, la luce non è sempre nel vuoto. È possibile che qualcosa si muova più velocemente della velocità di fase della luce in un mezzo o materiale e generi una scia. L'esempio più famoso di questo è la radiazione di Cherenkov, scie prodotte quando le cariche elettriche viaggiano attraverso i liquidi più velocemente della velocità di fase della luce, emettendo una scia blu brillante.

Per la prima volta, I ricercatori di Harvard hanno creato scie simili di onde luminose che si muovono su una superficie metallica, chiamati plasmoni di superficie, e dimostrato che possono essere controllati e guidati. La scoperta, pubblicato oggi sulla rivista Nanotecnologia della natura , è stato realizzato nel laboratorio di Federico Capasso, il Robert L. Wallace Professor of Applied Physics e Vinton Hayes Senior Research Fellow in Electrical Engineering presso la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS).

"La capacità di controllare la luce è potente, " ha detto Capasso. "La nostra comprensione dell'ottica su macroscala ha portato a ologrammi, Google Glass e LED, solo per citare alcune tecnologie. La nano-ottica è una parte importante del futuro della nanotecnologia e questa ricerca promuove la nostra capacità di controllare e sfruttare la potenza della luce su scala nanometrica".

La creazione e il controllo delle scie plasmoniche di superficie potrebbero portare a nuovi tipi di accoppiatori plasmonici e lenti che potrebbero creare ologrammi bidimensionali o focalizzare la luce su scala nanometrica.

I plasmoni di superficie sono confinati alla superficie di un metallo. Per creare scie attraverso di loro, Il team di Capasso ha progettato un'onda di carica più veloce della luce lungo un metamateriale unidimensionale, come un motoscafo che sfreccia su un lago.

Il metamateriale, una nanostruttura di fenditure ruotate incise in una pellicola d'oro, cambia la fase dei plasmoni di superficie generati ad ogni fenditura l'uno rispetto all'altro, aumentando la velocità dell'onda in movimento. La nanostruttura agisce anche come il timone della barca, permettendo alle scie di essere guidate controllando la velocità dell'onda in corsa.

Il team ha scoperto che l'angolo di incidenza della luce che brilla sul metamateriale fornisce un'ulteriore misura di controllo e l'uso della luce polarizzata può persino invertire la direzione della scia rispetto all'onda in movimento, come una scia che viaggia nella direzione opposta di una barca .

"Essere in grado di controllare e manipolare la luce su scale molto più piccole della lunghezza d'onda della luce è molto difficile, " ha detto Daniel Wintz, autore principale dell'articolo e dottorando nel laboratorio Capasso. "È importante non solo osservare queste scie, ma anche trovare diversi modi per controllarle e guidarle".

L'osservazione in sé era impegnativa, poiché "i plasmoni di superficie non sono visibili all'occhio o alle telecamere, " ha affermato il co-autore Antonio Ambrosio di SEAS e del Consiglio italiano delle ricerche (CNR). "Per visualizzare le scie, abbiamo usato una tecnica sperimentale che forza i plasmoni dalla superficie, li raccoglie tramite fibra ottica e registra l'immagine."

Questo lavoro potrebbe rappresentare un nuovo banco di prova per la fisica della scia in una varietà di discipline. "Questa ricerca affronta un problema particolarmente elegante e innovativo in fisica che collega diversi fenomeni fisici, dalle scie d'acqua ai rimbombi sonici, e radiazione di Cherenkov, " disse Patrice Genevet, un autore principale, già di SEAS, attualmente affiliato al Singapore Institute of Manufacturing Technology.