Un mantello dell’invisibilità grazie a strutture microscopiche in grado di curvare la luce


La fotonica è un settore in rapida crescita nel quale alcune delle idee più fantascientifiche di un passato non troppo lontano stanno prendendo forma. Adesso una ricerca finanziata dall’UE sta portando il concetto di un mantello dell’invisibilità più vicino alla realtà usando strutture microscopiche in grado di curvare la luce.

Nei dispositivi ottici è in atto una rivoluzione: stanno diventando sempre più piccoli, sono integrati in modo più efficace e i progressi sono sempre più a disposizione dei mercati di massa. Mentre tradizionalmente l’ottica è misurata in centimetri, le più recenti innovazioni usano oggetti in nanoscala per controllare, guidare e dirigere la luce.

La nostra abilità di dar forma a materiali metallici e dielettrici ha portato al campo della nanofotonica. I metamateriali in 3D contribuiscono allo sviluppo di lenti ad alta risoluzione e dispositivi di copertura. Hanno però degli svantaggi. Hanno difficoltà a curvare la luce in onde che siano visibili a occhio nudo, assorbono la luce creando ombre, sono ingombranti da trasportare e poco pratici da fabbricare.

Adesso la ricerca finanziata dall’UE sta contribuendo alla creazione di un nuovo materiale: lenti 2D rivestite di nitruro di gallio, che diventa blu sotto una luce LED. Queste sono chiamate dal progetto FLATLIGHT “metasuperfici”. In un articolo pubblicato di recente, le metasuperfici sono descritte come sottili e leggere rispetto all’ottica tradizionale eppure facili da fabbricare in confronto ai metamateriali tridimensionali.

Il nitruro di gallio viene tagliato in colonne abbastanza piccole da creare un ritardo nel modo in cui le onde di luce fluiscono attraverso di esse. Dopo aver studiato il modo in cui colonne di forme diverse distorcono la luce, il progetto può adesso pensare a lenti che costringono la luce in qualsiasi direzione, facendola passare ai lati o all’indietro, come desiderato. Questa adattabilità, insieme a un processo di produzione più facile e una maggiore trasportabilità, permette un’ampia gamma di applicazioni.

Anche se il processo è ancora in fase di definizione, il fatto che la tecnologia sia così leggera sta attirando molto interesse. Lo spazio è un settore in cui i limiti di peso sono cruciali e il satellite Gaia usa materiali simili nel tentativo di dividere la luce e contribuire a misurare in modo più preciso la composizione delle stelle.

Ogni fila di colonne però funziona solo in una stretta gamma di colori, il che significa che l’oggetto che copre rimane visibile in tutte le altre. Anche se questo potrebbe significare che i mantelli dell’invisibilità sono ancora lontani, le metasuperfici hanno grandi potenzialità in altre applicazioni. Associandole a semiconduttori attivi dal punto di vista ottico come il nitruro di alluminio gallio indio, chiamato InGaAIN, il progetto aggiungerà guadagno ottico e capacità di modulazione al sistema per creare nuovi ed efficienti dispositivi optoelettronici.

Questo non vuol dire che il progetto ha perso di vista la possibilità di sviluppare un mantello dell’invisibilità! Ha sviluppato un concetto di trasformazione dei confini conformi che viene descritto come, “un metodo analitico – basato su derivazioni del primo principio – che ci permette di progettare la trasmissione e il riflesso della luce per qualsiasi interfaccia geometrica e qualsiasi onda incidente”.

I ricercatori affermano che il concetto fornisce un’ampia gamma di opportunità di progettazione, per esempio, per nascondere oggetti dietro una “tenda ottica”, per creare illusioni ottiche riflettendo immagini virtuali o per eliminare la diffrazione che avviene generalmente durante la dispersione della luce in superfici ondulate.

http://cordis.europa.eu/

 

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