La scoperta dell’accoppiamento supercritico apre nuove strade per intrappolare e convertire l’energia della luce e potrebbe favorire sviluppi nella tecnologia quantistica, nell’imaging ad alta risoluzione e nei dispositivi fotonici.
Uno sforzo di ricerca collaborativa tra il Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Scienze Applicate e Sistemi Intelligenti (Cnr-Isasi), la Molecular Foundry di Berkeley USA (Mfb), e la National University of Singapore (Nus) ha portato a risultati rivoluzionari nella nanofotonica.
La ricerca svolta in Italia guidata dal Dr. Gianluigi Zito del Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Scienze Applicate e Sistemi Intelligenti (Italia), in collaborazione con il Pr. Xiaogang Liu del Dipartimento di Chimica della National University of Singapore, ha portato alla dimostrazione di un nuovo fenomeno fisico chiamato “accoppiamento supercritico”, grazie al quale l’efficienza di conversione dei fotoni può essere amplificata di diversi ordini di grandezza. Questa scoperta apre nuove strade per manipolare la luce in molti ambiti scientifici e potrebbe promuovere sviluppi nella tecnologia quantistica, nell’imaging ad alta risoluzione e nei dispositivi fotonici come laser, cavità ottiche e risonatori. La conversione dei fotoni – ossia il processo di trasformazione di fotoni a bassa energia in fotoni ad alta energia – è una tecnica cruciale con numerose applicazioni. Tuttavia, a tale scopo è necessario amplificare l’interazione tra i fotoni e gli atomi che innescano il processo di conversione. Il concetto di “accoppiamento supercritico” gioca un ruolo fondamentale nell’affrontare questa sfida.
Questo nuovo approccio sfrutta la fisica dei “stati legati nel continuo” (bound states in the continuum, BICs). I BICs consentono alla luce di essere intrappolata senza mai perdere energia. La scoperta dimostra un aumento della conversione di luce pari a otto ordini di grandezza. Questo potenziamento consente anche la propagazione diretta dei fotoni con eccezionale precisione.
“I fotoni intrappolati nel BIC” – dichiara Gianluigi Zito – “pur essendo immersi in un mare infinito di altri fotoni senza barriere fisiche, non possono sfuggire. Se la luce rimane intrappolata può interagire innumerevoli volte con la materia sfruttando e controllando le sue proprietà in modo estremamente più efficiente. I BIC sono dark modes (modi bui) perché la luce non può sfuggire, e questo consente di amplificare innumerevoli fenomeni fisici di interesse nelle più moderne tecnologie.”
Il Pr. Liu aggiunge: “Questa svolta non è solo una scoperta fondamentale, ma rappresenta un cambio di paradigma nel campo della nanofotonica che modifica la nostra comprensione della manipolazione della luce a livello nanometrico. Le implicazioni dell’accoppiamento supercritico vanno oltre la conversione dei fotoni e offrono potenziali avanzamenti nella fotonica quantistica e in vari sistemi basati su risonatori accoppiati (Trd.).”
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature il 22 febbraio 2024:
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06967-9
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