Un gruppo di ricerca interdisciplinare dei dipartimenti di chimica e fisica dell'Università di Jena ha sviluppato un rivestimento di materiale le cui proprietà di rifrazione della luce possono essere commutate con precisione tra diversi stati. Il team, guidato da Felix Schacher, Sarah Walden, Purushottam Poudel e Isabelle Staude, ha combinato polimeri che reagiscono alla luce con le cosiddette metasuperfici.
Questa innovazione ha portato alla creazione di nuovi componenti ottici che potrebbero essere potenzialmente utilizzati nell'elaborazione del segnale. I loro risultati sono stati ora pubblicati sulla rivista ACS Nano .
"Sia le metasuperfici che i polimeri commutabili con la luce sono noti in linea di principio da decenni", spiega Sarah Walden dell'Institute of Solid State Physics, che ora dirige un gruppo di ricerca in Australia. E aggiunge:"Ma siamo i primi a combinarli entrambi in questa forma per sviluppare nuovi componenti per applicazioni ottiche."
Le metasuperfici sono strati sottili nanostrutturati le cui dimensioni strutturali caratteristiche sono inferiori alla lunghezza d'onda della luce. Ciò consente di influenzare in modo specifico le proprietà della luce e la sua propagazione, consentendo una varietà di funzioni ottiche che altrimenti sarebbero eseguite da lenti, polarizzatori o reticoli. D'altra parte, i polimeri commutabili sono plastiche le cui proprietà, come l'indice di rifrazione della luce, possono cambiare tra diversi stati.
"I polimeri che abbiamo utilizzato contengono molecole di colorante", continua Felix Schacher dell'Istituto di chimica organica e macromolecolare. "Ciò significa che assorbono la luce di una certa lunghezza d'onda e, così facendo, modificano la loro struttura e quindi le loro proprietà, come in questo caso l'indice di rifrazione della luce."
Per riportare il colorante alla sua struttura precedente con la proprietà corrispondente, è necessaria luce di una lunghezza d'onda diversa. "La particolarità del nostro sistema", spiega la fisica Isabelle Staude, "è che i cambiamenti nell'indice di rifrazione influenzano le proprietà ottiche della metasuperficie quando è rivestita con un tale polimero."
I cambiamenti ottenuti sono stati sorprendentemente significativi, anche rispetto a sistemi simili precedentemente conosciuti. "Poiché i polimeri mostrano un assorbimento diverso a seconda del colorante, i diversi effetti possono essere molto ben separati tra loro o combinati", riassume il fisico.
Oltre a questo risultato promettente, il team ha fatto una scoperta sorprendente. "Nel nostro lavoro, abbiamo utilizzato due coloranti diversi separatamente, ciascuno applicato su una metasuperficie. Ciò ha confermato l'effetto", spiega Schacher. "Tuttavia, quando si mescolano entrambi i polimeri commutabili, si verificano effetti aggiuntivi", riferisce. "Sospettiamo che le due diverse molecole di colorante interagiscano tra loro, ma a questo punto non possiamo dirlo con certezza." Sono necessarie ulteriori indagini per chiarire questo comportamento interessante.
Anche se l'obiettivo principale di queste superfici commutabili era dimostrare il principio di base, il gruppo di ricerca può immaginare diverse applicazioni. "Poiché queste superfici possono passare da uno stato di proprietà all'altro con la luce, la tecnologia dei sensori è un campo di applicazione naturale", affermano i ricercatori.
È anche concepibile che tali superfici commutabili possano essere utilizzate per l'elaborazione ottica dei dati. "Naturalmente, il nostro team sarebbe felice se questi componenti potessero essere utilizzati, ad esempio, per reti neurali ottiche, che potrebbero poi elaborare le informazioni sulle immagini nello stesso modo in cui può farlo ora l'intelligenza artificiale elettronica", afferma Schacher.
"Tuttavia, poiché questo tipo di elaborazione dei dati si basa sulla luce anziché sull'elettronica, è significativamente più efficiente dal punto di vista energetico e più veloce della tradizionale intelligenza artificiale basata su computer."
Ulteriori informazioni: Sarah L. Walden et al, Regolazione a due colori risolta spazialmente di metasuperfici rivestite con polimeri, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c11760
Informazioni sul giornale: ACS Nano
Fornito dall'Università Friedrich Schiller di Jena
