Un nuovo processo può rendere i materiali sintetici trasparenti o addirittura completamente invisibili

spazio limite finale. La navicella spaziale Enterprise continua la sua missione di esplorare la galassia, quando tutti i canali di comunicazione vengono improvvisamente interrotti da una nebulosa impenetrabile. In diversi episodi della popolare serie TV, la coraggiosa troupe deve “tecnologia” e “scienza-scienza” entro soli 45 minuti di trasmissione per facilitare la fuga da questa o altra situazione prima che inizino a mostrare i titoli di coda. Nonostante abbia trascorso molto più tempo nei loro laboratori, un team di scienziati dell’Università di Rostock è riuscito a sviluppare un approccio completamente nuovo alla progettazione di materiali sintetici in grado di trasmettere segnali ottici senza distorsioni per mezzo di flussi di energia finemente sintonizzati. Hanno pubblicato i loro risultati in progresso della scienza.

“Quando la luce è diffusa in un mezzo disomogeneo, subisce una dispersione. Questo effetto trasforma rapidamente un raggio compresso e diretto in un bagliore diffuso, che è familiare a tutti noi sia dalle nuvole estive che dalla nebbia autunnale”, ha affermato il professor Alexander Smit dell’Istituto di Fisica presso l’Università di Rostock descrive il punto di partenza per il bene del suo team. In particolare, è la distribuzione microscopica della densità del materiale che determina le proprietà di scattering. Smit continua: “L’idea di base della trasparenza indotta è sfruttare una proprietà ottica meno nota per liberare il percorso di un pacchetto, per così dire”.

Questa seconda proprietà, nota nel campo della fotonica con l’oscuro titolo di “non eremiticità”, descrive il flusso di energia, o più precisamente, amplificare e diluisci la luce. Intuitivamente, gli effetti di accompagnamento possono sembrare indesiderabili, in particolare lo sbiadimento del raggio di luce dovuto all’assorbimento può essere molto controproducente per il compito di migliorare la trasmissione del segnale. Tuttavia, gli effetti non gerarchici sono diventati un aspetto importante dell’ottica moderna e un intero campo di ricerca si sforza di sfruttare la complessa interazione di perdite e amplificazioni per funzioni avanzate.

“Questo approccio apre possibilità completamente nuove”, afferma il dottorando Andrea Steinforth, primo autore dell’articolo. Rispetto al fascio di luce, diventa possibile amplificare o estinguere alcune parti di a pacchetto A livello microscopico per contrastare l’eventuale insorgenza di deterioramento. Per rimanere nell’immagine della nebulosa, le proprietà di diffusione della luce possono essere completamente soppresse. “Stiamo lavorando attivamente alla modifica di un materiale per adattarlo alla migliore trasmissione possibile di un segnale luminoso specifico”, spiega Steinforth. “A tal fine, il flusso di energia deve essere controllato con precisione, in modo che possa inserirsi nella materia e segnalare come pezzi di un puzzle”. In stretta collaborazione con i partner della Vienna University of Technology, i ricercatori di Rostock hanno affrontato con successo questa sfida. Nei loro esperimenti, sono stati in grado di ricreare e osservare le interazioni microscopiche di segnali luminosi Con i suoi materiali attivi di nuova concezione in reti in fibra ottica lunghe chilometri.

In effetti, la trasparenza indotta è solo una delle affascinanti possibilità che emergono da questi risultati. Se un oggetto dovesse davvero svanire, dovrebbe essere prevenuto dispersione non abbastanza. Invece, le onde di luce dovrebbero apparire dietro di loro completamente indisturbate. Tuttavia, anche nel vuoto dello spazio, la sola diffrazione garantisce che qualsiasi segnale cambierà inevitabilmente la sua forma. “La nostra ricerca fornisce una ricetta per strutturare una sostanza in modo tale che i raggi di luce passino come se né la sostanza né la regione di spazio che occupa fossero presenti. Nemmeno gli illusori dispositivi di occultamento di Romulan possono farlo”, ha co-autore Dr. Matthias Heinrich, tornando all’ultima frontiera di Star Trek.

I risultati presentati in questo lavoro rappresentano una svolta nella ricerca di base sulla fotonica non ermetica e forniscono nuovi metodi per la messa a punto efficace di sistemi ottici sensibili, ad esempio sensori per uso medico. Altre potenziali applicazioni includono la codifica ottica e la trasmissione sicura dei dati, nonché la sintesi di materiali sintetici versatili con proprietà personalizzate.