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15 dicembre 2011

Silicio deformato, luce a basso costo

Ricercatori dell’Università degli studi di Modena e Reggio Emilia, dell’Istituto nanoscienze del CNR, dell’Università di Trento, dell’Università di Brescia, della Fondazione Bruno Kessler, del Civen, dell’Università della California Berkeley e del Politecnico di Parigi, hanno prodotto un cristallo di silicio con proprietà ottiche nuove, indotte deformandone la struttura su scala atomica.

Questo risultato, che ha suscitato interresse nella comunità scientifica per le nuove applicazioni che potrà avere nei settori della fotonica e della comunicazione, ha avuto il suo suggello ufficiale con la pubblicazione su Nature Materials, rivista di spicco a livello internazionale dedicata appunto ai nuovi materiali.

Per ottenere questo successo è stata necessaria la partecipazione di gruppi con competenze molto ampie, fisici teorici, sperimentali, ingegneri, che coprono tutta la filiera della ricerca: dalla concezione dell’esperimento alla fabbricazione del dispositivo, fino alle simulazioni teoriche e al test sperimentale.

Passaggio fondamentale per comprendere il meccanismo alla base dei risultati è stata la collaborazione tra fisici teorici: Eleonora Luppi (Università di Berkeley), Elena Degoli (Università di Modena e Reggio Emilia), Valerie Veniard (Politecnico di Parigi), coordinati dal prof. Stefano Ossicini del Dipartimento di Scienze e Metodi dell’Ingegneria dell’Università di Modena e Reggio Emilia e dell’Istituto di nanoscienze del CNR.

I ricercatori hanno applicato a sottili strati di silicio pressioni elevate, deformandone la struttura cristallina, allargando e restringendo le maglie del reticolo atomico.

Un fascio di luce, che attraverso un cristallo regolare resterebbe invariato, inviato attraverso il silicio “sgualcito” riemerge con una frequenza doppia e, quindi, con un’energia raddoppiata.

E’ una proprietà ottica mai prodotta prima nel silicio che permetterà di realizzare sorgenti di luce innovative e interruttori ottici ad altissima velocità integrati nel silicio, prodotti in numeri elevati a bassi costi” – commenta Stefano Ossicini – “Le simulazioni della struttura atomica hanno mostrato che la pressione applicata rompe la simmetria del cristallo e rende il silicio deformato un materiale ottico non-lineare, ribaltando un paradigma finora ritenuto solidissimo dalla comunità dei fisici. Questa scoperta apre nuovi scenari alle applicazioni del silicio, un elemento abbondante in natura e relativamente economico, che consente di avvicinare l’obiettivo di combinare l’elettronica con la fotonica, coniugando le capacità di calcolo dell’elettronica con le velocità nella trasmissione di dati digitali della fotonica: un traguardo che permetterebbe di accedere ad enormi quantità di dati scambiati virtualmente alla velocità della luce. Mi fa inoltre piacere sottolineare la partecipazione a questa impresa di una ricercatrice di Carpi, ora attiva all’Università di Berkeley, a ulteriore dimostrazione del fatto che in certi campi l’Italia non è seconda a nessuno”.

Lo studio è stato supportato da Provincia Autonoma di Trento, Fondazione Cariplo e Fondazione Cassa di Risparmio di Modena.

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