10/04/2024
Generare onde terahertz nel lontano infrarosso, una frequenza finora inaccessibile a strumentazioni compatte ed efficienti. E’ quanto ha realizzato un team internazionale guidato dall’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr Nano), che ha messo a punto un dispositivo che supera i limiti delle tecnologie precedenti, grazie all’uso del grafene, e apre la strada a una vasta gamma di applicazioni nei settori dell'imaging, della spettroscopia e della diagnostica, e del rilevamento.
Il risultato è frutto di una collaborazione tra ricercatori delle università di Cambridge, Leeds, e Ecole Normale di Parigi, coordinati da Miriam Serena Vitiello di Cnr Nano, ed è presentato sulla rivista Nature Communications.
Le onde terahertz, onde elettromagnetiche di frequenze comprese tra le microonde e la luce infrarossa, hanno un potenziale rivoluzionario tuttavia poco sfruttato per la difficoltà tecnologiche a realizzare dispositivi compatti ed efficienti. “In particolare non esistono attualmente sorgenti compatte ed performanti in grado di emettere a frequenze tra i 6 e i 12 terahertz, il cosiddetto lontano infrarosso”, spiega Vitiello, “un intervallo dello spettro elettromagnetico che avrebbe numerose opportunità di ricerca e applicazioni”.
Il dispositivo creato dal team di Cnr Nano è efficiente, miniaturizzato ed emette onde alla frequenza di 9,62 terahertz.
Per raggiungere questo traguardo tecnologico i ricercatori hanno sfruttato le speciali proprietà ottiche del grafene e una particolare progettazione del dispositivo. “Quando il grafene interagisce con onde elettromagnetiche è capace convertirle ad una frequenza più alta, un processo che prende il nome di generazione armonica. Nel nostro caso abbiamo ottenuto una frequenza tripla della frequenza inziale eccitando il grafene con un laser della tipologia a cascata quantica” conclude la ricercatrice di Cnr-Nano. “Questo approccio offre un notevole vantaggio in termini di semplicità ed efficienza ed elimina la necessità di ricorrere a laser potenti e ingombranti”.
Le potenziali applicazioni di questa scoperta sono promettenti e variegate. Le onde terahertz nel lontano infrarosso potrebbero essere utilizzate per lo studio di materiali e composti chimici, tra cui gli idrocarburi aromatici, fondamentali per il settore energetico e per il monitoraggio del clima, o ancora per indagare fenomeni quantistici in materiali innovativi come gli isolanti topologici sintetici, attraverso nuove tecniche spettroscopiche con risoluzione alla nanoscala.
Ufficio stampa:
Maddalena Scandola
Istituto nanoscienze del Cnr
comunicazione@nano.cnr.it
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