Il cristallo perfetto: non diffrange la luce
Un vetro sviluppato da ricercatori italiani che può essere attraversato dalla
luce senza fenomeni di interferenza. Si avrà una super-risoluzione per
microscopici ottici
05 gennaio 2011 di Tiziana Moriconi
Normalmente i raggi laser viaggiano attraverso il vetro (di
un bicchiere) e ne escono in diversi fasci
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Normalmente i raggi laser viaggiano attraverso il
vetro (di un bicchiere) e ne escono in diversi fasci
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Attraverso il nuovo materiale gli elettroni fotogenerati danno vita a una diffusione lineare e
omogenea
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Un cristallo perfetto dove la luce mantiene una forma
arbitraria di intensità e dimensione
Il 2011 è appena cominciato e già il mondo della fisica ci regala il primo nuovo materiale
dell’anno. Per di più realizzato da ricercatori italiani. La sua caratteristica è decisamente
sbalorditiva e si è meritata le pagine di Nature Photonics: non diffrange la luce. Ovvero, la
luce lo attraversa in modo rettilineo, senza cambiare l’angolo di propagazione e, quindi, senza
allargare il suo cono, creando i noti fenomeni di interferenza.
Chi si intende di ottica e conosce le onde non lineari chiamate solitoni potrebbe dire che la
caratteristica non è né nuova né strabiliante. E invece sì. Con i solitoni, la diffrazione non viene
eliminata, ma compensata. Questi impulsi di luce, infatti, scavano una guida d’onda: una sorta
di corsia preferenziale che funziona come una fibra ottica generata dalla luce stessa. Questo
avviene, però, solo per determinate intensità e forme della luce. Inoltre, le dimensioni del
raggio “in entrata” non sono mai le stesse di quello “in uscita”, perché il diametro finale
dipende da quanto è brillante la luce stessa: un campo di luce molto intenso si contrae più di
un campo di luce debole. Il che è un problema quando si tratta di trasferire immagini
(nell’imaging o nella microscopia, per esempio): ogni singolo pixel avrebbe dimensioni
diverse a seconda della sua intensità luminosa.
Eugenio Del Re, professore di ottica e fotonica all’ Università de L’Aquila, ha invece realizzato
qualcosa di completamente nuovo. Insieme a Elisa Spinozzi, Claudio Conti dell’ Istituto dei
Sistemi Complessi (Isc-Cnr) di Roma, e A. J. Agranat dell’ Hebrew University di Gerusalemme,
ha creato un cristallo in grado di cancellare completamente l’effetto della diffrazione.
Questo significa che il raggio in ingresso è esattamente lo stesso di quello in uscita, la cui
grandezza non dipende più dall’intensità della luce.
“ Si tratta di un vetro formato da potassio, litio, tantalio e niobato (un sale del niobio), con
impurità di rame che conferiscono le proprietà ottiche non lineari”, spiega Del Re a Wired.it. “
Quando il materiale si raffredda (dopo che è stato formato il cocktail, ndr.), crea un cristallo
apparentemente perfetto. A livello nanometrico, però, si possono distinguere differenti
regioni che mostrano arrangiamenti della struttura cristallina lievemente diversi l’una
dall’altra. La grandezza e l’ordinamento delle regioni dipende da quanto velocemente viene
raffreddato il mix e possono essere controllati”.
Per alcune velocità di raffreddamento, i ricercatori hanno ottenuto un materiale che azzera la
lunghezza d’onda; questo accade perché le nano-variazioni incidono sulle proprietà non
lineari della luce: quelle che, a loro volta, modificano le proprietà ottiche dei materiali che
attraversano.
Le applicazioni? Come detto, per ora si intravedono quelle nei campi dell’ imaging e della
microscopia, dove si punta alla super-risoluzione: “ Stiamo cercando di trasmettere
immagini dell’ordine dei micron attraverso un sistema ottico - racconta Del Re - cosa per ora
impossibile. Poiché, inoltre, i limiti dei microscopi ottici si devono proprio alla rifrazione, si potrà
incrementare la loro risoluzione minima”.
Le applicazioni? Come detto, per ora si intravedono quelle nei campi dell’ imaging e della
microscopia, dove si punta alla super-risoluzione: “ Stiamo cercando di trasmettere
immagini dell’ordine dei micron attraverso un sistema ottico - racconta Del Re - cosa per ora
impossibile. Poiché, inoltre, i limiti dei microscopi ottici si devono proprio alla rifrazione, si potrà
incrementare la loro risoluzione minima”.
