(a) Quando una fonte di luce è posizionata all'interno della metagabbia (qui, a forma di Australia), la radiazione è contenuta all'interno. (b) Quando una sorgente luminosa si trova all'esterno della metagabbia, la radiazione non può entrare. Credito:Mirzaei, et al. ©2015 American Physical Society
(Phys.org)—I fisici hanno costruito una gabbia di nanofili che impedisce a una o più lunghezze d'onda della luce di entrare o uscire, tuttavia consente a liquidi e gas di passare attraverso i piccoli spazi tra i nanofili. La "metagabbia ottica" sfrutta le proprietà ottiche delle strutture a nanofili, e potrebbe avere applicazioni compresa la protezione dei microrganismi dalle radiazioni, componenti nanofotonici a schermatura ottica, e la somministrazione di farmaci laser-driven.
I ricercatori, Ali Mirzaei, et al., all'Università Nazionale Australiana, hanno pubblicato un articolo sulla metagabbia ottica in un recente numero di Lettere di revisione fisica .
"Abbiamo introdotto una nuova classe di strutture schermanti ottiche ed elettromagnetiche basate su nanofili, " Mirzaei ha detto Phys.org . "Queste strutture, che chiamiamo metagabbie, può fornire schermatura elettromagnetica a banda larga o stretta. Sorprendentemente, le metagabbie possono essere progettate con ampi spazi tra i nanofili, con spazio sufficiente per il libero passaggio di liquidi e gas. La natura discreta delle metagabbie offre una grande flessibilità nella progettazione di strutture di schermatura di forme quasi arbitrarie".
In alcuni modi, la metagabbia ottica è simile a un mantello dell'invisibilità, poiché entrambi i tipi di dispositivi schermano gli oggetti dalle radiazioni elettromagnetiche. Però, la metagabbia ottica rimane visibile mentre i mantelli dell'invisibilità no. Inoltre, a differenza dei mantelli dell'invisibilità, la metagabbia ottica può schermare oggetti di forma arbitraria, che gli scienziati hanno dimostrato costruendo una metagabbia a forma di Australia.
(a) La separatrice divide la regione 1 (dove la luce viene assorbita dal nanofilo) e la regione 2 (dove la luce scorre attorno al nanofilo). (b) Array di nanofili multistrato con un piccolo spazio tra di loro. (c) La luce è bloccata da una catena unidimensionale di nanofili le cui separatrici si sovrappongono. (d) I nanofili schermano un volume chiuso, che può avere una forma quasi arbitraria. Credito:Mirzaei, et al. ©2015 American Physical Society
La metagabbia ottica può essere costituita da diversi tipi di nanofili (semiconduttori, ceramica, o metalli) con diverso numero di strati, comprese le strutture a due e tre strati. I nanofili sono distanziati in modo che gli spazi tra loro siano approssimativamente delle dimensioni del raggio del nanofilo. La luce non può passare attraverso queste fessure perché i nanofili assorbono la luce che arriva all'interno di questa distanza ravvicinata. Le linee di confine tra la regione in cui la luce è abbastanza vicina da essere assorbita dal nanofilo e la regione in cui scorre attorno al nanofilo senza essere assorbita sono chiamate "separatrici".
Per impedire alla luce di passare attraverso la metagabbia, i nanofili stessi non devono sovrapporsi, ma le separatrici dei nanofili adiacenti devono sovrapporsi. Questo è il motivo per cui la metagabbia può avere spazi vuoti pur bloccando la trasmissione della luce. Il calcolo delle separatrici richiede di tenere conto non solo dei singoli nanofili, ma anche le interazioni tra più nanofili.
La metagabbia ottica può essere progettata per bloccare un'ampia gamma di lunghezze d'onda regolando la dimensione degli spazi vuoti. Diminuendo la dimensione del gap a circa 5-20 nm, i ricercatori hanno dimostrato che è possibile schermare larghezze di banda fino a 600 nm, che è abbastanza grande da schermare l'intera gamma visibile. Le metagabbie possono anche essere progettate per bloccare contemporaneamente due diverse lunghezze d'onda (come 440 nm e 600 nm), lasciando passare la luce di altre lunghezze d'onda.
Sebbene queste lacune siano relativamente piccole, sono abbastanza grandi da consentire il passaggio di molecole di liquidi e gas. Questa capacità rende le metagabbie promettenti per applicazioni biologiche, dove possono essere utilizzati per proteggere i microrganismi e le cellule viventi dalle radiazioni, consentendo al contempo l'ingresso di sostanze nutritive e acqua per mantenere in vita gli esseri viventi.
Le metagabbie potrebbero essere utilizzate anche in circuiti ottici, dove potrebbero isolare otticamente i componenti del circuito al fine di eliminare le interferenze indesiderate. Un'altra potenziale applicazione è nella somministrazione di farmaci, dove le gabbie contenenti farmaci potrebbero essere utilizzate per il rilascio controllato di farmaci.
Nel futuro, i ricercatori intendono approfondire queste applicazioni e progettare nuove configurazioni di metagabbie.
"L'idea di sovrapporre le separatrici e bloccare la propagazione delle onde tramite array di nanofili può essere estesa ad altre nanostrutture, come le nanosfere, che possono formare metagabbie 3D complete, " Disse Mirzaei.
© 2015 Phys.org
