Controllare la polarizzazione della luce sfruttando i processi di interazione luce-materia in materiali semiconduttori come il germanio. È la scoperta dei ricercatori del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca che permetterà di realizzare connessioni internet più veloci e personal computer più performanti. In futuro questi risultati potrebbero essere impiegati per una rapida diagnostica molecolare con possibili ricadute anche in ambito medico e farmaceutico.
Il team di ricerca coordinato da Fabio Pezzoli, ricercatore di fisica sperimentale, ha dimostrato sperimentalmente come la polarizzazione possa essere manipolata sfruttando i processi di interazione luce-materia in materiali semiconduttori come il germanio. Lo studio, Optically reconfigurable polarized emission in Germanium, compiuto nell’ambito di un progetto finanziato da Fondazione Cariplo è stato pubblicato sulla rivista Scientific Reports (https://rdcu.be/3qR3).
Irraggiando il germanio con una opportuna luce laser è possibile iniettarvi elettroni dotati di spin. La rotazione di queste particelle elementari ha un forte impatto sulla luce riemessa dal materiale. In questa ricerca è stato infatti dimostrato che lo spin degli elettroni può essere controllato variando la sola esposizione del materiale a uno stimolo ottico. Questo ha portato alla scoperta di un metodo sorprendentemente facile ed immediato per modificare arbitrariamente la polarizzazione della luce riemessa nell’infrarosso a frequenze naturalmente compatibili con la trasmissione in fibra.
L’ingegnerizzazione di processi fisici fondamentali in materiali tecnologicamente rilevanti come quelli conseguiti in questa ricerca aprono nuove prospettive nella realizzazione di dispositivi integrati che siano in grado di offrire nuove funzionalità. Ricadute future si potranno avere in sistemi per la trasmissione e l’elaborazione dei dati e in metodi diagnostici non invasivi basati sulla rivelazione ottica di molecole o marker biologici.
«La polarizzazione è una caratteristica delle onde – spiega Fabio Pezzoli, ricercatore di fisica sperimentale del Dipartimento e principale autore dello studio - Nei terremoti, ad esempio, ne determina il carattere sussultorio o ondulatorio, mentre nei segnali televisivi consente di ricevere senza disturbi i canali desiderati. Il controllo della polarizzazione per la comunicazione di dati alle frequenze utili per la trasmissione in fibra ottica, come nel caso di internet veloce a banda larga, richiede l’utilizzo di dispositivi ottici massivi o, in alcuni casi, dell’utilizzo di elettromagneti. Ora, con la realizzazione di sorgenti di luce che consentono di controllare direttamente e on demand la polarizzazione sarà possibile trasmettere un maggior flusso di dati e realizzare dispositivi integrati, miniaturizzati e a basso costo come LED capaci di emettere luce infrarossa e fabbricati direttamente su microchip»