Precisi al nanometro

Quanto può essere preciso un laser? Su Nature c’è chi dice che si può arrivare a focalizzare il raggio in uno spazio non più grande di cinque miliardesimi di millimetro. Si passa così dalla scala dei micrometri a quella dei nanometri. Ci sono riusciti contemporaneamente e in due modi diversi i gruppi di ricerca di Xiang Zhang, dell’Università della California di Berkeley (Usa), e di Mikhail Noginov della Norfolk State University (Virginia, Usa).

I laser attuali non possono focalizzare un raggio in una zona che sia più stretta della metà della lunghezza d’onda emessa. Per un laser che emette luce nello spettro del visibile (che va dal violetto al rosso, “coprendo” i colori che corrispondono alle lunghezze d’onda comprese tra circa 400 e 700 nanometri), questo vuol dire che non si può colpire un’area più piccola di 190 nanometri se si utilizzano le radiazioni del violetto, e di 350 nanometri se si utilizzano quelle del rosso.

Per aumentare la precisione, entrambi i team si sono serviti di alcune quasi-particelle chiamate plasmoni di superficie, onde elettromagnetiche che si formano sulla superficie di un metallo in particolari condizioni. Queste quasi-particelle possono assorbire la luce, viaggiare lungo la superficie e ri-emettere l’energia assorbita in raggi molto più “stretti” della lunghezza d’onda della luce visibile. Per usarle nei laser, però, è necessario indurle a lavorare con materiali in grado di amplificarne le emissioni.

Ecco come. Il laser plasmonico svilupppato da Zhang si serve di un laser ottico per creare i plasmoni di superficie in un nanofilo composto da cadmio e da filamenti di solfuro spessi da 50 a 100 nanometri. Il nanofilo viene steso su un piano di argento ricoperto da materiale isolante. I plasmoni di superficie si creano sulla superficie d’argento e sono contenuti nel nanofilo che ne amplifica la luce. I ricercatori sono stati in grado di generare fasci laser a 489 nanometri per poi restringerli e colpire una zona di appena cinque nanometri.

Intanto, il gruppo di Noginov ha creato lo “spaser”: il più piccolo nanolaser al mondo, di appena 44 nanometri di diametro costituito da sfere d’oro di 14 nanometri, ricoperte da uno strato di 15 nanometri di silicio. Messe in acqua ed eccitate con un laser dall’esterno, le sfere d’oro producono i plasmoni mentre l’involucro li contiene e li amplifica fino a quando le quasi-particelle non rilasciano la loro energia sotto forma di fotoni. Il vantaggio di questo sistema sta anche nella possibilità di spegnere e accendere lo spaser velocemente a comando. (t.m.)

Riferimenti: Nature, DOI: 10.1038/nature08364, Nature, DOI: 10.1038/nature08318