Ricercatori presso la Chalmers University of Technology, Svezia, hanno scoperto un modo completamente nuovo di catturare, amplificando e collegando la luce alla materia a livello nano. Usando una piccola scatola, costruito da materiale atomicamente sottile impilato, sono riusciti a creare una sorta di circuito di feedback in cui luce e materia diventano una cosa sola. La scoperta, che è stato recentemente pubblicato in Nanotecnologia della natura , apre nuove possibilità nel mondo della nanofotonica.

La fotonica si occupa di vari mezzi di utilizzo della luce. La comunicazione in fibra ottica è un esempio di fotonica, così come la tecnologia alla base dei fotorivelatori e delle celle solari. Quando i componenti fotonici sono così piccoli da essere misurati in nanometri, questa si chiama nanofotonica. Al fine di spingere i confini di ciò che è possibile in questo piccolo formato, il progresso nella ricerca fondamentale è cruciale. L'innovativa "scatola luminosa" dei ricercatori Chalmers fa sì che le alternanze tra luce e materia avvengano così rapidamente che non è più possibile distinguere tra i due stati. Luce e materia diventano una cosa sola.

"Abbiamo creato un ibrido composto da parti uguali di luce e materia. Il concetto apre porte completamente nuove sia nella ricerca fondamentale che nella nanofotonica applicata e c'è un grande interesse scientifico in questo, "dice Ruggero Verre, un ricercatore nel Dipartimento di Fisica di Chalmers e uno degli autori dell'articolo scientifico.

La scoperta è avvenuta quando Verre e i suoi colleghi di dipartimento Timur Shegai, Denis Baranov, Battulga Munkhbat e Mikael Käll hanno combinato due concetti diversi in modo innovativo. Il team di ricerca di Mikael Käll sta lavorando su quelle che sono conosciute come nanoantenne, in grado di catturare e amplificare la luce nel modo più efficiente. Il team di Timur Shegai sta conducendo ricerche su un certo tipo di materiale bidimensionale atomicamente sottile noto come materiale TMDC, che assomiglia al grafene. È stato combinando il concetto di antenna con materiale bidimensionale impilato che sono state create le nuove possibilità.

I ricercatori hanno utilizzato un noto materiale TMDC, il disolfuro di tungsteno, ma in un modo nuovo. Creando una minuscola cassa di risonanza, proprio come la cassa armonica di una chitarra, sono stati in grado di far interagire la luce e la materia al suo interno. La cassa di risonanza assicura che la luce venga catturata e rimbalzi in un certo "tono" all'interno del materiale, garantendo così che l'energia luminosa possa essere trasferita in modo efficiente agli elettroni del materiale TMDC e viceversa. Si potrebbe dire che l'energia luminosa oscilla tra i due stati, onde luminose e materia, mentre viene catturata e amplificata all'interno della scatola. I ricercatori sono riusciti a combinare luce e materia in modo estremamente efficiente in una singola particella con un diametro di soli 100 nanometri, o 0,00001 centimetri.

Questa soluzione all-in-one è un progresso inaspettato nella ricerca fondamentale, ma si spera possa anche contribuire a soluzioni più compatte ed economiche nella fotonica applicata.

"Siamo riusciti a dimostrare che i materiali atomicamente sottili impilati possono essere nanostrutturati in minuscoli risonatori ottici, che è di grande interesse per le applicazioni fotonica. Poiché si tratta di un nuovo modo di utilizzare il materiale, la chiamiamo "nanofotonica TMDC". Sono certo che questo campo di ricerca ha un brillante futuro, "dice Timur Shegai, professore associato presso il Dipartimento di Fisica di Chalmers e uno degli autori dell'articolo.