Trasformare il modo in cui controlliamo e interagiamo con la luce
La luce come la conosciamo è statica, rigida e tipicamente fissa nella funzione. E se non fosse necessariamente così? Questa è la domanda che si pone il progetto METAmorphoses(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE. La loro idea brillante: sviluppare dispositivi ottici dinamici, ultrasottili e piatti in grado di adattarsi, rispondere e riconfigurarsi in tempo reale. «Questa idea rappresenta un importante cambiamento concettuale, che elimina i vincoli di lunga data sul controllo della luce e apre funzionalità prima inaccessibili», afferma Antonio Ambrosio(si apre in una nuova finestra), scienziato senior e ricercatore principale presso l’Istituto italiano di tecnologia(si apre in una nuova finestra), istituzione ospitante del progetto.
Progettare nuove metasuperfici
Per trasformare questa idea in realtà, il progetto ha progettato e fabbricato metasuperfici con materiali fotoreattivi come gli azopolimeri, la cui forma e struttura possono essere attivamente riscritte con la luce. «Grazie all’illuminazione strutturata, siamo stati in grado di codificare complesse funzioni ottiche su queste superfici, cancellarle e riprogrammarle, il tutto senza alcun contatto fisico», spiega Ambrosio. I ricercatori hanno anche verificato, per la prima volta, la possibilità di esfoliare l’ossicloruro di molibdeno (MoOCl₂) in un materiale 2D. Hanno inoltre analizzato la sua anisotropia ottica senza precedenti, evidenziando il suo potenziale per il confinamento estremo della luce e per applicazioni di rilevamento avanzate.
Una nuova classe di fasci ottici
Il progetto sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra) (CER) ha esplorato come le loro innovative metasuperfici possano modulare dinamicamente non solo la struttura spaziale della luce ma anche le sue proprietà nel tempo. Questa linea di ricerca ha portato alla creazione di nuove classi di fasci ottici. «Questa classe di fasci cosiddetti auto-torcenti non era mai stata dimostrata prima e offre un grado di libertà completamente nuovo nella strutturazione temporale della luce, una libertà che potrebbe avere importanti implicazioni per l’ottica ultraveloce, le comunicazioni e la manipolazione quantistica», aggiunge Ambrosio. Secondo Ambrosio, la combinazione di innovazione dei materiali, design nanofotonico e ottica ultraveloce di METAmorphoses ha permesso al progetto di superare le aspettative iniziali. «L’idea di una luce auto-torcente, ad esempio, non faceva parte della proposta originale», spiega. «È emerso dalle domande fondamentali che ci stavamo ponendo su come la luce possa essere strutturata in modo dinamico, e alla fine è diventato uno dei risultati più importanti del progetto.»
Ampliare gli orizzonti della fotonica
Il progetto METAmorphoses ha spinto i confini di ciò che è attualmente possibile nel campo della fotonica. Da un punto di vista scientifico, ha fornito nuove intuizioni e strumenti che consentiranno ad altri di progettare sistemi più leggeri, compatti e ricchi di funzioni rispetto al passato. A livello sociale, le metasuperfici intelligenti del progetto potrebbero essere utilizzate per migliorare l’imaging medico, migliorare le comunicazioni ottiche, abilitare sensori intelligenti e rivoluzionare le tecnologie di realtà aumentata. Inoltre, riducendo le dimensioni, il peso e il consumo energetico dei sistemi ottici, queste innovazioni sostengono priorità dell’UE come la sostenibilità e l’efficienza tecnologica. «Ampliando la gamma di strumenti fotonici e dimostrando che le metasuperfici possono diventare interfacce adattive, dinamiche e multifunzionali per la luce, METAmorphoses avrà un impatto duraturo sul modo in cui progettiamo sistemi ottici compatti, efficienti e reattivi», conclude Ambrosio. Grazie a due sovvenzioni del CER per la prova di concetto(si apre in una nuova finestra), il progetto sta ora lavorando per integrare le idee e i dispositivi sviluppati in applicazioni reali, tra cui imaging, rilevamento e comunicazione su chip. Una prova di concetto ha già portato a un prototipo funzionale ed è attualmente in fase di valutazione per il brevetto.
