Svolta quantistica nell'ottica

Gli scienziati hanno raggiunto un'importante svolta nell'ottica. Utilizzando materiali quantistici, hanno confermato sperimentalmente per la prima volta la generazione di armoniche di ordine superiore (HHG) nell'intervallo dei terahertz (THz), comprese le frequenze pari. Ciò era precedentemente impossibile a causa della simmetria della maggior parte dei materiali.

L'HHG consente la conversione della luce a frequenze più alte, aprendo l'accesso a parti dello spettro elettromagnetico altrimenti inaccessibili. Il grafene è da tempo un candidato promettente, ma a causa della sua perfetta simmetria, produce solo armoniche dispari.

Nello studio, pubblicato su Light: Science & Applications, un team guidato dalla Prof.ssa Miriam Serena Vitiello ha utilizzato isolanti topologici (TI), materiali che conducono l'elettricità in superficie pur essendo isolanti all'interno. Presentano proprietà quantistiche uniche grazie al forte accoppiamento spin-orbita e alla simmetria di inversione temporale.

I ricercatori hanno utilizzato nanostrutture di risonatori ad anello diviso (SRR) e le hanno combinate con sottili strati di Bi₂Se₃ ed eterostrutture di (InₓBi₁₋ₓ)₂Se₃. Utilizzando un laser a cascata quantica da 2,5 W THz, hanno ottenuto un'amplificazione della luce e osservato l'HHG a 6,4 THz (frequenze pari) e 9,7 THz (frequenze dispari).

I risultati confermano le previsioni teoriche e consentono lo sviluppo di sorgenti luminose THz compatte, sensori e componenti optoelettronici ultraveloci. I progressi dimostrano il grande potenziale dei materiali quantistici per le tecnologie del futuro. Tra queste, spiccano le comunicazioni, l'imaging medico e, naturalmente, il calcolo quantistico.