Un anti-laser perfetto

FondoEtchato_e1a_2In un articolo pubblicato su Nature Physics ricercatori del laboratorio Nest dell’Istituto nanoscienze del Cnr (CnrNano) e Scuola Normale Superiore, in collaborazione con colleghi di Ifn-Cnr e Iom-Cnr, mostrano che è possibile realizzare l’assorbimento coerente perfetto, un fenomeno complesso ma assimilabile a un ‘laser al contrario’, in una classe di nanostrutture finora mai testata per questo fenomeno, in cui materia e radiazione sono legati indissolubilmente.

L’assorbimento coerente perfetto, osservato per la prima volta 3 anni fa in una lamina di silicio, ha attratto un grande interesse nella comunità scientifica in quanto da un punto di vista teorico è l’esatto inverso dell’azione laser: infatti dà luogo a un dispositivo che assorbe completamente la luce, contrariamente al laser che la genera. In generale, infatti, l’assorbimento della luce da parte di un materiale dipende dalle sue proprietà dielettriche e cresce in proporzione al suo spessore. Tuttavia, quando ad incidere sul materiale non è un fascio di radiazione ma due fasci coerenti tra di loro, si può verificare un fenomeno di interferenza che o elimina completamente l’assorbimento (trasparenza perfetta) o lo rende totale (assorbimento perfetto), indipendentemente dalle proprietà del materiale.

Ora lo studio a firma CnrNano mostra che è possibile riprodurre questo fenomeno anche nei sistemi dove la luce e la materia sono legati indissolubilmente, una situazione nota ai fisici come regime di interazione forte luce-materia. “Si tratta di un risultato inatteso”, commenta Alessandro Tredicucci di CnrNano e ordinario di fisica della materia all’Università di Pisa, “intuitivamente ci si aspetta che stati così fortemente accoppiati interagiscano molto poco con la radiazione proveniente dall’esterno. Ora questo apre nuove possibilità per la realizzazione di laser basati su l’eccitazione dei polaritoni”.

Per ottenere l’assorbimento coerente perfetto, Simone Zanotto, perfezionando della Scuola Normale Superiore, con il gruppo coordinato da Tredicucci, ha utilizzato le transizioni nel medio-infrarosso di una nanostruttura di semiconduttore sospesa in una membrana metallica opportunamente lavorata. Zanotto ha inoltre sviluppato una formulazione teorica generale applicabile a qualunque sistema in questo regime, che consente di ricavare le condizioni necessarie per l’esistenza del fenomeno basandosi su pochi e semplici parametri caratteristici.

 

Riferimenti pubblicazione: http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys3106.html

Perfect energy-feeding into strongly coupled systems and interferometric control of polariton absorption – Simone Zanotto, Francesco P. Mezzapesa, Federica Bianco, Giorgio Biasiol, Lorenzo Baldacci, Miriam Serena Vitiello, Lucia Sorba, Raffaele Colombelli & Alessandro Tredicucci, Nature Physics (2014) doi:10.1038/nphys3106