La Cina infrange un nuovo muro tecnologico: record mondiale nel laser ultravioletto a stato solido. Una sfida aperta all’industria dei chip

Mentre l’Occidente si interroga sulle future catene di approvvigionamento e sulle sanzioni tecnologiche, la ricerca scientifica cinese continua a macinare risultati che puntano dritti all’autonomia strategica. Non si tratta solo di annunci roboanti, ma di pubblicazioni certificate su riviste di primo piano come Nature. L’ultima novità arriva dall’Accademia Cinese delle Scienze (CAS) e riguarda un passo avanti fondamentale nella tecnologia laser, un settore chiave per tutto ciò che va dalla computazione quantistica alla produzione di semiconduttori avanzati.

Un team di ricercatori guidato dal professor Pan Shilie, direttore presso l’Istituto Tecnico di Fisica e Chimica dello Xinjiang, ha spinto la tecnologia laser ultravioletta a vuoto (VUV) a stato solido verso un nuovo traguardo, ottenendo una lunghezza d’onda record grazie all’utilizzo di un cristallo ottico appositamente sviluppato.

Il cuore della scoperta: il cristallo ABF

Per comprendere la portata dell’innovazione, bisogna scendere nel dettaglio tecnico, pur restando comprensibili. La luce ultravioletta a vuoto (VUV) copre tipicamente le lunghezze d’onda tra i 120 e i 240 nanometri. È una risorsa preziosissima per la spettroscopia avanzata e, soprattutto, per la litografia dei semiconduttori. Tuttavia, generare questa luce in modo efficiente è sempre stato un incubo ingegneristico.

Fino a ieri, il metodo più efficace era la conversione di frequenza ottica non lineare, ma il progresso era frenato dalla scarsità di cristalli adatti allo scopo. Il “re” incontrastato era il fluoroborato di potassio e berillio (KBBF), l’unico cristallo pratico capace di generare output laser sotto i 200 nanometri. Il KBBF, però, ha un difetto enorme: è difficile da coltivare e limitante nella fabbricazione dei dispositivi.

Cristallo KBBF

Ed è qui che entra in gioco la pazienza strategica cinese. Il team di Pan Shilie ha lavorato per oltre un decennio su un nuovo materiale: il fluoroossoborato di ammonio (NH4BF4), ribattezzato amichevolmente ABF.

Utilizzando questo materiale, il team ha creato un raggio laser VUV a una lunghezza d’onda di 158,9 nanometri (nm), attraverso il raddoppio diretto della frequenza. Un risultato che supera i limiti precedenti e apre scenari industriali inediti.

Perché l’ABF cambia le carte in tavola

A differenza del suo predecessore, il cristallo ABF supera molti degli ostacoli fisici che avevano rallentato la ricerca fino ad ora. I ricercatori cinesi hanno sintetizzato questo materiale per la prima volta nel 2016, ma hanno impiegato dieci anni per “coltivarlo” fino a dimensioni di scala centimetrica mantenendo un’alta qualità ottica. Non è un esercizio da laboratorio, ma la base per dispositivi reali.

Le caratteristiche che rendono l’ABF unico sono:

• Alta trasparenza: Funziona perfettamente nella gamma dell’ultravioletto a vuoto.
• Risposta ottica non lineare: Offre una reazione forte e stabile, un qualcosa utile nella creazione di un laser.
• Birifrangenza sufficiente: Permette l’adattamento di fase a lunghezze d’onda estremamente corte.

Come sottolineato dallo stesso Pan Shilie: “Il cristallo ABF è un materiale nuovo, interamente sviluppato e brevettato dal nostro istituto, dalla progettazione iniziale alla crescita del cristallo, fino all’uscita laser finale. Non solo raggiunge la lunghezza d’onda più corta, ma fornisce anche la massima energia in uscita e la migliore efficienza di conversione fino ad oggi”.

I numeri del record

Per gli amanti dei dati tecnici, i risultati pubblicati su Nature parlano chiaro e mostrano un salto di qualità netto rispetto alle tecnologie precedenti basate sulla generazione di seconda armonica (SHG):

• Lunghezza d’onda: 158,9 nm (nuovo record per questa tecnologia).
• Energia dell’impulso: 4,8 millijoule (mJ) a 177,3 nm.
• Efficienza di conversione: 5,9% (un valore molto elevato per questo tipo di applicazioni).

Il team ha spiegato che, introducendo il fluoro nella struttura del cristallo di borato e controllandone attentamente la struttura asimmetrica, è stata delineata una strategia di progettazione più ampia per scoprire futuri materiali ottici non lineari. In parole povere: hanno trovato la ricetta giusta e ora possono replicarla e migliorarla.

Laser UV

Le implicazioni economiche e strategiche

Perché questa notizia dovrebbe interessare chi segue l’economia e la geopolitica? Perché la tecnologia laser VUV è il “piccone” con cui si scava nelle miniere del futuro.

La luce a lunghezza d’onda così corta trasporta più energia e permette una precisione microscopica. Le applicazioni dirette citate dal team includono:

1. Litografia per semiconduttori: La capacità di scendere sotto i 200 nm con laser a stato solido compatti ed efficienti potrebbe offrire alla Cina nuove strade per sviluppare macchinari per la produzione di chip, aggirando le restrizioni occidentali sulle tecnologie litografiche avanzate.
2. Computazione quantistica: I laser VUV consentono un controllo preciso dei livelli energetici atomici e ionici, supportando lo sviluppo della prossima generazione di computer quantistici.
3. Spazio e Comunicazioni: Pan Shilie ha accennato a “territori inesplorati” nelle future comunicazioni spaziali, dove questi laser potrebbero giocare un ruolo chiave.

La dichiarazione finale del ricercatore è emblematica della nuova postura di Pechino: “Useremo questo laser generato direttamente per creare nuova domanda. La Cina si sta trasformando in una potenza manifatturiera che ha bisogno di guidare e creare opportunità”.

Non siamo più di fronte alla “fabbrica del mondo” che assembla pezzi altrui, ma a una nazione che brevetta i materiali fondamentali per l’industria del 2030. Mentre in Europa ci perdiamo in regolamentazioni spesso astruse, a Pechino coltivano cristalli per dieci anni pur di ottenere un vantaggio competitivo sui chip e sui quanti. Una lezione di pianificazione industriale che, piaccia o no, sta portando i suoi frutti.

Rimani aggiornato seguendoci su Google News!

SEGUICI