Un nuovo modo per controllare la luce terahertz per elettronica più veloce

8 settembre 2025 report

di Paul Arnold, Phys.org

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modificato da Lisa Lock, recensito da Robert Egan

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In una svolta per le tecnologie di prossima generazione, gli scienziati hanno imparato a controllare precisamente il comportamento delle piccole onde di luce ed elettroni, aprendo la strada a comunicazioni più veloci e dispositivi quantistici.

Controllare la luce alle scale più piccole è cruciale per la creazione di dispositivi incredibilmente piccoli, veloci ed efficienti. Invece di grossi fili e circuiti, possiamo usare la luce per trasmettere informazioni. Una sfida di questo approccio è che la luce, con la sua lunghezza d'onda relativamente grande, non è facilmente confinabile in spazi piccoli.

Tuttavia, in uno studio pubblicato sulla rivista Light: Science & Applications, i ricercatori hanno sviluppato un metodo per controllare le piccole onde di luce ed elettroni chiamate plasmoni polaritoni di Dirac (DPP).

A differenza della luce standard, i DPP possono comprimersi in spazi piccoli che sono centinaia di volte più piccoli della loro lunghezza d'onda naturale. Ciò significa che la luce può essere confinata e guidata in dispositivi su scala nanometrica. In questa nuova ricerca, gli scienziati hanno dimostrato come abbiano controllato i DPP nel intervallo di frequenza terahertz (THz). Questa regione è situata tra le microonde e la luce infrarossa nello spettro elettromagnetico ed è una parte largamente sottoesplorata dello spettro luminoso.

Il team di ricerca è stato in grado di controllare queste onde utilizzando una classe speciale di nanomateriali chiamata isolanti topologici (TIs). I TIs sono unici perché il loro interno si comporta come un isolante elettrico mentre la superficie agisce come un conduttore. In particolare, i ricercatori hanno lavorato con un materiale avanzato chiamato Bi2Se3 epitassiale. Hanno disposto piccole strisce di questo materiale una accanto all'altra con spazi tra di loro. Regolare gli spazi ha avuto due importanti conseguenze.

Primo, sono stati in grado di regolare o controllare la lunghezza d'onda delle onde, rendendola circa il 20% più corta. Secondo, hanno esteso la lunghezza di attenuazione di più del 50%. Questa è la distanza che le onde possono percorrere prima di perdere una quantità significativa di energia. Questi due successi hanno affrontato le principali sfide dell'uso dei DPP (momento più elevato rispetto a un raggio di luce normale e perdono energia rapidamente), rendendoli più pratici per applicazioni reali.

'I nostri risultati dimostrano che è possibile personalizzare la risposta spettrale dei risonatori THz basati su Bi2Se3 regolando lo spazio. Questa conoscenza può essere adottata come strategia di progettazione per l'implementazione di architetture basate su TI,' hanno scritto i ricercatori nel loro studio.

Questa svolta nel controllo delle onde luminose potrebbe portare alla creazione di dispositivi THz regolabili ed efficienti dal punto di vista energetico. Le onde THz possono trasportare più dati rispetto al Wi-Fi o al 5G attuali, il che significa download ultra veloci e una rete più sicura. La tecnologia potrebbe anche creare immagini mediche più chiare e sicure e fornire i mattoni per computer quantistici più potenti.

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Maggiori informazioni: Leonardo Viti et al, Tracciare i plasmoni polaritoni terahertz con una dispersione modulabile progettata in metaelementi isolanti topologici, Light: Science & Applications (2025). DOI: 10.1038/s41377-025-01884-0

Informazioni sulla rivista: Light: Science & Applications

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