Cosa succede quando entusiasmi nuovi assemblaggi di nanomateriali usando la luce strutturata? La ricerca congiunta tra la Tampere University of Technology (TUT) (Finlandia) e l'Università di Tubinga (Germania) ha dimostrato che la luce accuratamente strutturata e le disposizioni corrispondenti di nanostrutture metalliche (i cosiddetti "oligomeri plasmonici") possono essere combinate per alterare le proprietà del luce generata su scala nanometrica. In particolare, i team hanno dimostrato che l'efficienza dei campi ottici non lineari (ad es. seconde armoniche) generato dagli oligomeri è fortemente influenzato da come i costituenti dell'oligomero sono disposti nello spazio e da come questi costituenti sono illuminati dalla luce strutturata.

I processi ottici non lineari forniscono la base per importanti funzionalità nella fotonica, come la conversione di frequenza della luce, generazione di impulsi luminosi ultracorti, così come l'elaborazione e la manipolazione ottica. Si prevede che ulteriori progressi in questo campo saranno alimentati dalla sintesi di nuovi nanomateriali con proprietà ottiche personalizzabili e da nuovi approcci per accoppiare la luce in modo efficiente in tali nanomateriali. Per quest'ultimo scopo, fasci di luce con polarizzazioni non convenzionali, cosiddetta luce strutturata, dovrebbero essere cruciali.

Per dimostrare tali capacità, gli autori hanno progettato e fabbricato assemblaggi di nanotubi d'oro con dimensioni e orientamenti ben definiti in modo tale che la loro dimensione complessiva corrisponda alle dimensioni di un raggio laser focalizzato, cioè., circa 1 micron. Per studiare la risposta non lineare di tali oligomeri plasmonici, gli autori hanno utilizzato una nuova tecnica di microscopia ottica, che è dotato di fasci strutturati in polarizzazione. Più specificamente, gli autori hanno utilizzato fasci vettoriali cilindrici polarizzati radialmente e azimutalmente che mostrano stati di polarizzazione non uniformi attraverso la sezione trasversale del fascio.

"I lavori precedenti sugli effetti ottici non lineari negli oligomeri plasmonici si sono basati sull'utilizzo di onde piane o fasci focalizzati con omogeneità, cioè., uniforme, stati di polarizzazione. Qui, abbiamo usato un microscopio ottico non lineare dotato di fasci strutturati a polarizzazione a forma di ciambella per studiare tali oligomeri. Abbiamo scoperto che l'efficienza complessiva degli effetti ottici non lineari di queste strutture è fortemente influenzata dalla struttura spaziale del raggio e dalle interazioni collettive supportate dall'oligomero. Ci auguriamo che il nostro lavoro susciterà ulteriormente l'interesse per lo studio e la manipolazione di effetti ottici non lineari in nuovi sistemi su nanoscala utilizzando fasci di eccitazione non convenzionali", afferma il dott. Godofredo Bautista, ricercatore post-dottorato presso il Gruppo di Ottica Non Lineare del Laboratorio di Fotonica del TUT e coautore del lavoro.

Professor Martti Kauranen, capo del Gruppo di Ottica Non Lineare e Laboratorio di Fotonica, che ha supervisionato la ricerca al TUT, afferma che "Al di là degli effetti non lineari studiati nel presente lavoro, i nostri risultati mostrano in generale quanto sia importante personalizzare il raggio ottico incidente per accoppiare la luce in modo efficiente in nanostrutture complesse".

Professoressa Monika Fleischer, capo del Plasmonic Nanostructures Group presso l'Università di Tubinga e co-autore corrispondente, che ha supervisionato la ricerca presso l'Università di Tubinga, aggiunge:"La nanotecnologia fornisce strumenti di alta precisione che ci consentono di personalizzare le disposizioni delle nanostrutture metalliche, chiamate anche antenne ottiche, con proprietà prestabilite. In questo modo possono essere mirate interazioni specifiche con raggi laser non convenzionali, e le intensità complessive del segnale possono essere massimizzate." I ricercatori ritengono che i loro risultati saranno utili nella progettazione e nell'implementazione di nuovi tipi di componenti ottici e tecniche di caratterizzazione che utilizzano campi ottici non convenzionali.