Come intrappolare la luce in dispositivi miniaturizzati

La possibilità di intrappolare la radiazione luminosa in un dispositivo miniaturizzato apre affascinanti prospettive per la realizzazione di circuiti tutto-ottici, in cui i fotoni sostituiscano gli elettroni nell'elaborazione dell'informazione. A tal fine è necessario studiare i processi di localizzazione e intrappolamento della luce in nuovi tipi di dispositivi nano-strutturati, oggi resi possibili dalle più avanzate tecniche di fabbricazione, processi che richiedono lo sviluppo di tecniche di calcolo che permettono sia di migliorare la comprensione del comportamento della luce in questo tipo di strutture, sia di progettarne delle nuove e ottimizzare specifiche funzionalità. Lo studio condotto da fisici dell'Istituto per i Sistemi Complessi del CNR in collaborazione con colleghi del Dipartimento di Fisica dell'Università La Sapienza di Roma - finanziato da due istituzioni internazionali, lo European Research Council e la KAUST University - ha permesso di dimostrare, attraverso le più avanzate tecniche di calcolo parallelo sviluppate nell'ambito di un progetto con il Consorzio CINECA, i meccanismi di localizzazione della luce in opali artificiali che sono oggi allo studio in vari laboratori internazionali. Per studiare come la luce si propaga all'interno delle nano-strutture, i ricercatori hanno sviluppato un programma di calcolo che utilizza migliaia di processori contemporaneamente: è stato così evidenziato come - per effetto di un certo quantitativo di imperfezioni nella struttura - è possibile intrappolare la radiazione elettromagnetica in opali (processo noto come «localizzazione di Anderson» della luce), e i risultati conseguiti - che hanno ottenuto anche la copertina di Nature Physics di Ottobre 2008 - ne rappresentano la prima simulazione numerica in tre dimensioni. Oltre a costituire un significativo passo in avanti nelle tecniche di progettazione di circuiti tutto-ottici e quantistici, tali risultati aprono la strada alla progettazione di nuovi tipi di materiali nano-strutturati con possibili applicazioni nella realizzazione di innovativi schermi luminosi e celle solari.

Authors: . Conti e A. Fratalocchi

Title: Dynamic Light Diffusion, Three-Dimensional Anderson Localization And Lasing In Inverted Opals

Journal: Nature Physics

Year: 2008

References: vo. 4, October 2008