I fisici del Politecnico federale di Zurigo hanno sviluppato una lente ultrasottile che può trasformare la luce infrarossa in luce visibile dimezzando la lunghezza d’onda della luce incidente.
Gli scienziati del Politecnico Federale di Zurigo stanno conducendo ricerche sulla fabbricazione di nanostruttura e hanno sviluppato un nuovo processo che consente di utilizzare il niobato di litio per creare metalenti. Metalenti e nanostrutture simili che generano ologrammi potrebbero essere utilizzate come elementi di sicurezza per rendere banconote e titoli anticontraffazione e per garantire l’autenticità delle opere d’arte. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Advanced Materials.
In questo nuovo metodo, la fisica combina la sintesi chimica con la nanoingegneria di precisione. “La soluzione contenente i precursori dei cristalli di niobato di litio può essere stampata mentre è ancora allo stato liquido. Funziona in modo simile alla macchina da stampa di Gutenberg. Una volta riscaldato a 600 °C, il materiale assume proprietà cristalline che consentono la conversione della luce, come nel caso della penna laser verde” spiega la co-prima autrice Ülle-Linda Talts, dottoranda che lavora con Rachel Grange all’ETH di Zurigo.
Il processo presenta diversi vantaggi. Produrre nanostrutture in niobato di litio è difficile con i metodi convenzionali, poiché è eccezionalmente stabile e duro. Secondo i ricercatori, questa tecnica è adatta alla produzione di massa, poiché uno stampo inverso può essere utilizzato più volte, consentendo la stampa di tutti i metalensi necessari. È anche molto più conveniente e veloce da realizzare rispetto ad altri dispositivi ottici miniaturizzati in niobato di litio.
Nanostrutture che riducono le dimensioni delle lenti
Una speciale metasuperficie composta da strutture di appena cento nanometri di larghezza e altezza (un nanometro è un miliardesimo di metro) modifica la direzione della luce. Utilizzando queste nanostrutture, i ricercatori possono ridurre radicalmente le dimensioni di una lente e renderla più compatta.
Se combinate con materiali speciali, queste nanostrutture possono essere utilizzate per esplorare altre proprietà insolite della luce. Un esempio è l’ottica non lineare, in cui la luce viene convertita da un colore all’altro. Una penna laser verde funziona secondo questo principio: la luce infrarossa attraversa un materiale cristallino di alta qualità e genera una luce di metà lunghezza d’onda, in questo caso luce verde. Un materiale ben noto che produce tali effetti è il niobato di litio, che viene utilizzato nel settore delle telecomunicazioni per creare componenti che interfacciano l’elettronica con le fibre ottiche.
Lenti ultrasottili che generano nuova luce
Utilizzando questa tecnica, i ricercatori dell’ETH sono riusciti a creare le prime metalenti di niobato di litio con nanostrutture progettate con precisione. Pur funzionando come normali lenti di focalizzazione della luce, possono modificare simultaneamente la lunghezza d’onda della luce laser. Quando la luce infrarossa con una lunghezza d’onda di 800 nanometri viene inviata attraverso le metalenti, una radiazione visibile con una lunghezza d’onda di 400 nanometri emerge dall’altro lato e viene diretta verso un punto designato.
Questa magia della conversione della luce, come la chiama Rachel Grange, è resa possibile solo dalla speciale struttura delle metalenti ultrasottili e dalla loro composizione, un materiale che consente il verificarsi del cosiddetto effetto ottico non lineare. Questo effetto non è limitato a una lunghezza d’onda laser definita, rendendo il processo estremamente versatile in un’ampia gamma di applicazioni.
Foto: Ü.Talts / ETH Zurich
