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"Nanoantenne" per la conversione di frequenza a Ingegneria dell'Informazione

Un gruppo di ricerca internazionale, all’interno del progetto Erasmus Mundus NANOPHI, 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, ponendo le basi per lo sviluppo di una nuova generazione di nanodispositivi per conversione di frequenza e per nanolaser. 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.

La ricerca è stata finanziata dalla Russian Science Foundation e dalla Comunità Europea, mentre I risultati sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters diventando la storia di copertina dell’edizione del 20 luglio 2018 (nella foto).

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, il gruppo composto da ricercatori del gruppo di campi elettromagnetici e fotonica dell’Università di Brescia (Luca Carletti e Costantino De Angelis), 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.

 

Giovedì, 2 Agosto, 2018