Traduzione a cura di Daniel Iversen
Molti degli strumenti di comunicazione in uso oggi contano sulla funzionalità della luce o, più specificatamente, applicando informazioni a un’onda luminosa. Fino ad oggi, gli studi sui dispositivi ottici ed elettronici, che con i loro materiali costituiscono le fondamenta della moderna elettronica (tv, cellulari, computers) si sono in genere basati su effetti ottici non-lineari, producendo prodotti dove la larghezza di banda è stata limitata nelle frequenze dei gigaHertz (Ghz).(Hertz sta per cicli al secondo di un fenomeno periodico, in questo caso un miliardo di cicli).
Grazie alle ricerche svolte presso l’Università di Pittsburgh, è stata dimostrata la base fisica per la larghezza di banda dei therahertz (THz, o 1 trilione di cicli al secondo), la porzione di spettro elettromagnetico tra l’infrarosso e le microonde.In un articolo pubblicato il 4 marzo su Nature Photonics, Hrvoje Petek, professore di fisica e chimica nella Pitt Kenneth P. Detrich School of Arts and Sciences, il suo collega Muneaki Hase, professore di fisica applicata all’Università di Tsukuba in Giappone e uno scienziato in visita al laboratorio di Petek, hanno dettagliato il loro successo generando una gamma di frequenze, ossia la divisione di un singolo colore in una serie di righe di ogni spettro distribuiti uniformemente per una varietà di usi – che si estende su una larghezza di banda superiore a 100 terahertz eccitando un risonanza armonica atomica in un cristallo di silicio semiconduttore.
“L’abilità di modulare luce di questa larghezza di banda potrebbe aumentare più di 1000 volte la quantità di informazioni portate rispetto al volume totale dato con le tecnologie di oggi” dice Petek. “Inutile dire che questa è stata una scoperta a lungo attesa in questo campo”.
Per studiare le proprietà ottiche di un cristallo di silicio, Petek e il suo team hanno osservato la variazione di riflettività dopo l’eccitazione con un intenso impulso laser. Dopo l’eccitazione, la squadra ha visto che la quantità di luce riflessa oscilla a 15,6 Thz, la massima frequenza meccanica degli atomi all’interno di un reticolo di silicio.
Questa oscillazione ha causato un ulteriore cambiamento nell’assorbimento e nella riflessione della luce, moltiplicando la frequenza di oscillazione fondamentale fino a sette volte per generare uno spettro di frequenze che si estendono oltre 100 Thz. Petek e la sua squadra hanno potuto osservare per la prima volta la produzione di uno spettro di frequenze simile da un cristallino solido.
“Anche se ci aspettavamo di vedere un’oscillazione a 15.6 THz, non ci siamo accorti che questa eccitazione potrebbe cambiare le proprietà del silicio in un modo cosi forte” dice Petek. “La scoperta è stata il risultato dello sviluppo di strumentazioni di analisi unici e incisivi da parte dei membri del team”.
Petek nota che i successi della squadra sono il risultato dello sviluppo di strumenti sperimentali e teorici per meglio capire come elettroni e atomi interagiscono nei solidi sotto intensi eccitamenti ottici e dell’interesse investito da Pitt Dietrich School in un infrastruttura con laboratori pieni di strumentazioni avanzate.
Il team sta attualmente indagando la risonanza di elettroni, che potrebbe ulteriormente estendere la capacità di sfruttare le interazioni luce-materia dalle frequenze dei terahertz ai petahertz. Petahertz è un’unità di misura per frequenza molto veloci (1 quadrilione di hertz)
Questa ricerca è stata finanziata da una borsa di studio della National Science Foundation.
Source: Nature Photonics
Article: Science Daily
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