Un team di ricerca dell’Istituto politecnico Rensselaer di New York ha sviluppato un innovativo minuscolo dispositivo in grado di controllare il movimento dei fotoni, le particelle elementari della luce, a temperatura ambiente.
Questa scoperta rivoluzionaria, pubblicata sulla rivista Nature Nanotechnology, apre nuove prospettive nello studio dell’interazione tra luce e materia e nella realizzazione di laser più efficienti. Il dispositivo, denominato isolante topologico fotonico, si distingue per la sua capacità di manipolare i fotoni senza influenzarne le proprietà intrinseche, come energia e polarizzazione.
Questa caratteristica unica è resa possibile dalla sua struttura a sandwich, composta da strati ultrasottili di perovskite alogenuro, un materiale semiconduttore dalle proprietà ottiche ed elettroniche uniche, intervallati da strati di materiali conduttori. Questa configurazione crea un ambiente in cui i fotoni possono essere guidati e controllati con precisione.
Minuscolo dispositivo controlla i fotoni a temperatura ambiente
Uno degli aspetti più significativi di questa scoperta è la capacità del dispositivo di operare a temperatura ambiente. Precedenti isolanti topologici fotonici richiedevano temperature estremamente basse, vicine allo zero assoluto (-273,15 °C), e apparecchiature complesse e costose, come criostati e sistemi di vuoto. Questo nuovo dispositivo, invece, può essere prodotto utilizzando tecniche di fabbricazione standard dell’industria dei semiconduttori, rendendolo accessibile a un’ampia comunità di ricercatori e aprendo la strada a una rapida commercializzazione.
La perovskite alogenuro, materiale fondamentale di questo dispositivo, è nota per la sua elevata efficienza nella conversione della luce in energia elettrica. Questa caratteristica la rende promettente per applicazioni fotovoltaiche. In questo contesto, l’isolante topologico fotonico potrebbe essere utilizzato per migliorare l’efficienza delle celle solari, guidando i fotoni verso le regioni attive della cella e riducendo le perdite di energia.
Le potenziali applicazioni di questo minuscolo dispositivo sono molteplici e spaziano dalla fotonica all’informatica quantistica. La capacità di controllare i fotoni a temperatura ambiente potrebbe portare allo sviluppo di laser più efficienti, dispositivi di comunicazione ottica avanzati e nuovi strumenti per la ricerca scientifica. Inoltre, la manipolazione precisa dei fotoni potrebbe aprire la strada a nuove tecnologie quantistiche, come computer quantistici più potenti e sistemi di crittografia più sicuri.
