Scienziati cinesi affermano di aver rallentato la luce di 10 mila volte

Gli scienziati cinesi affermano di aver trovato un nuovo modo per far viaggiare la luce su un microchip rendendola 10 mila volte più lenta. Ciò potrebbe migliorare le prestazioni di questi microchip che funzionano a impulsi luminosi – noti come chip fotonici – e le loro applicazioni nel rilevamento della luce, nelle comunicazioni e nell’informatica.

La ricerca è stata condotta da un team dell’Istituto di Tecnologia Avanzata di Shenzhen, sotto l’Accademia delle Scienze cinese. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista peer-reviewed Nano Letters il 5 gennaio.

I chip fotonici utilizzano fotoni anziché elettroni nei loro circuiti. Quando vengono utilizzati per i calcoli, la loro precisione si avvicina a quella dei chip elettronici, ma i chip fotonici hanno il vantaggio di consumare meno energia e di essere  più veloci.

Mentre la velocità della luce nel vuoto è costante e non può essere superata, questa può essere rallentatat quando attraversa degli altri mezzi fisici, e questo  è un elemento molto utile per poter progettare e costruire i microchip fotonici.
“Quando la luce viene rallentata, la densità energetica della luce aumenta”, ha dichiarato il dottor Li Guangyuan, ricercatore di ingegneria ottica presso l’istituto di Shenzhen che ha guidato lo studio. “Ciò significa che, a parità di lunghezza del dispositivo, la distanza effettiva di interazione della luce diventa più lunga, migliorando essenzialmente le prestazioni di un dispositivo fotonico”. Cioè rallentando la luce si può aumentare la sua interazione con il mezzo, con il microchip, aumentandone l’efficienza e riducendone le dimensioni. 

chip fotonico

Il team di Li ha progettato un chip fotonico in modo da rallentare la luce di oltre 10.000 volte. Il risultato è stato ottenuto con una perdita di energia molto ridotta, pari a circa il 20% di quella registrata nei tentativi precedenti. L’attuale metodo mainstream per controllare la velocità della luce si basa sulle metasuperfici, materiali artificiali composti da nanostrutture. Quando la luce colpisce queste nanostrutture, queste risuonano, alterando la sua ampiezza e la sua fase.

L’assorbimento e la dispersione della luce prodotti da questi atomi artificiali possono portare a una perdita di luce che riduce la durata di vita dei fotoni, limitando la misura in cui la velocità della luce può essere rallentata.
Per ovviare a questo problema, il team di Li ha apportato miglioramenti ai materiali utilizzati e alla progettazione strutturale. “In termini di selezione dei materiali, abbiamo optato per materiali con una perdita di assorbimento bassa o addirittura nulla alle lunghezze d’onda di interesse”, ha detto Li. “Per esempio, i metalli hanno un forte assorbimento nello spettro dell’infrarosso, quindi abbiamo utilizzato materiali in silicio senza perdite. Tuttavia, il silicio assorbe fortemente nello spettro della luce visibile, quindi in questi casi abbiamo utilizzato materiali trasparenti come il nitruro di silicio o il biossido di titanio”. Quindi il team del professor Li ha realizzato un materiale composito a seconda delle frequenze luminose che si volevano salvaguardare.

Questa innovazione potrebbe essere molto importante per il mondo dell’elettronica cinese, messo sotto pressione dalle sanzioni applicate dagli USA e dai suoi alleati, che sta spingendo le aziende cinesi a innovare verso direzioni che le portano fuori dall’applicazione delle sanzioni stesse.