I ricercatori della North Carolina State University hanno scoperto una tecnica per controllare la luce con campi elettrici.

"Il nostro metodo è simile alla tecnica utilizzata per fornire le capacità di calcolo dei computer, "dice Linyou Cao, un assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la NC State e corrispondente autore di un documento sul lavoro. "Nei computer, un campo elettrico viene utilizzato per accendere o spegnere la corrente elettrica, che corrisponde alla logica 1 e alla logica 0, la base del codice binario. Con questa nuova scoperta, una luce può essere controllata per essere forte o debole, diffuso o concentrato, che punta in una direzione o nell'altra da un campo elettrico. Pensiamo che, proprio come i computer hanno cambiato il nostro modo di pensare, questa nuova tecnica probabilmente cambierà il nostro modo di guardare. Ad esempio, può modellare una luce in schemi arbitrari, che possono trovare applicazioni in obiettivi e proiettori per realtà virtuale senza occhiali, l'industria del cinema di animazione o il camuffamento."

Il controllo della luce con i campi elettrici è difficile. fotoni, le unità di base della luce, sono neutri - non hanno alcun costo, quindi di solito non rispondono ai campi elettrici. Anziché, la luce può essere controllata regolando l'indice di rifrazione dei materiali. L'indice di rifrazione si riferisce al modo in cui i materiali riflettono, trasmettere, disperdono e assorbono la luce. Più si può controllare l'indice di rifrazione di un materiale, più controllo hai sulla luce che interagisce con quel materiale.

"Sfortunatamente, è molto difficile sintonizzare l'indice di rifrazione con i campi elettrici, " Dice Cao.  "Le tecniche precedenti potevano modificare l'indice della luce visibile solo tra lo 0,1 e l'1 percento al massimo".

Cao e i suoi collaboratori hanno sviluppato una tecnica che consente loro di modificare l'indice di rifrazione della luce visibile in alcuni materiali semiconduttori del 60 percento, due ordini di grandezza in più rispetto ai risultati precedenti. I ricercatori hanno lavorato con una classe di materiali semiconduttori atomicamente sottili chiamati monostrati di dicalcogenuro di metalli di transizione. Nello specifico, lavoravano con sottili film di solfuro di molibdeno, solfuro di tungsteno e seleniuro di tungsteno.

"Abbiamo cambiato l'indice di rifrazione applicando la carica ai materiali semiconduttori bidimensionali nello stesso modo in cui si applicherebbe la carica ai transistor in un chip di computer, " dice Cao. "Utilizzando questa tecnica, abbiamo raggiunto significativi, cambiamenti sintonizzabili nell'indice all'interno della gamma rossa dello spettro visibile."

Attualmente, la nuova tecnica consente ai ricercatori di regolare l'indice di rifrazione di qualsiasi quantità fino al 60 percento:maggiore è la tensione applicata al materiale, maggiore è il grado di variazione dell'indice. E, perché i ricercatori stanno usando le stesse tecniche che si trovano nelle tecnologie dei transistor computazionali esistenti, questi cambiamenti sono dinamici e possono essere effettuati miliardi di volte al secondo.

"Questa tecnica può fornire capacità di controllare l'ampiezza e la fase della luce pixel per pixel in un modo veloce quanto i computer moderni, "dice Yiling Yu, un neolaureato di NC State e autore principale del documento.

"Questo è solo un primo passo, " Cao dice. "Pensiamo di poter ottimizzare la tecnica per ottenere cambiamenti ancora più grandi nell'indice di rifrazione. E abbiamo anche in programma di esplorare se questo potrebbe funzionare ad altre lunghezze d'onda nello spettro visivo".

Cao e il suo team sono anche alla ricerca di partner del settore per sviluppare nuove applicazioni per la scoperta.