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Da UNIBS nuove antenne per ottica non lineare alla nanoscala

Immagine American Physical Society

Un gruppo di ricerca internazionale, all’interno del progetto Erasmus Mundus NANOPHI (http://nanophi.unibs.it/home) coordinato dal Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Brescia, ha trovato il modo di rendere più efficienti i processi ottici non lineari alla nanoscala. L’idea si basa sulla possibilità di migliorare il fattore di qualità di un nanorisonatore favorendo l’accumulo di energia elettromagnetica in nanoparticelle ottimizzate per essere efficienti antenne riceventi e trasmittenti a due diverse lunghezze d’onda.
Questa idea può dare un contributo fondamentale per lo sviluppo di una nuova generazione di nanodispositivi per conversione di frequenza e per nanolaser.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati su Physical Review Letters [1] meritando l’immagine sulla copertina dell’edizione del 20 luglio 2018 (in allegato).

Un problema chiave per la nanofotonica nonlineare è la conversione di frequenza. Cambiando la frequenza, la radiazione elettromagnetica può essere convertita da una banda ad un’altra come richiesto in molti dispositivi per le telecomunicazioni e per la sensoristica. Mentre tale operazione è oggi possibile alla macroscala, risulta ancora proibitiva alla nanoscala perché le efficienze di conversione sono molto basse.
Per risolvere questo problema un gruppo di ricerca internazionale con ricercatori del gruppo di campi elettromagnetici e fotonica dell’Università di Brescia (Luca Carletti e Costantino De Angelis, http://nora.ing.unibs.it), dell’ITMO University di San Pietroburgo e del Nonlinear Physics Centre of the Australian National University in Canberra (Kirill Koshelev e Yuri Kivshar) ha proposto di usare una nuova generazione di risonatori. Si tratta di cilindri, o risonatori, di dimensioni nanometriche e costituiti da materiale semiconduttore. Altezza e base di tali cilindri possono essere opportunamente ottimizzate per permettere l’esistenza di particolari modi di risonanza che consentano di aumentare il fattore di qualità del nano risonatore non su una sola frequenza ma su tutte le frequenze coinvolte nel processo. In questo modo la luce può essere prima efficacemente intrappolata nella nano particella e poi emessa ad un’altra lunghezza d’onda. Per esempio, queste antenne permetteranno di convertire la luce infrarossa, invisibile all’occhio umano, in luce visibile permettendo la visione notturna. Più in generale, i risultati ottenuti aprono la strada a svariate applicazioni nel campo della sensoristica e delle telecomunicazioni.
 
La ricerca è stata finanziata dalla Russian Science Foundation (grant №17-12-01581) e dalla Comunità Europea (Erasmus Mundus NANOPHI project, Contract No. 2013 5659/002-001).

Reference:

[1] Giant nonlinear response at the nanoscale driven by bound states in the continuum. Luca Carletti, Kirill Koshelev, Costantino De Angelis, Yuri Kivshar. Physical Review Letters, 20 July, 2018.

Venerdì, 3 Agosto, 2018