Politecnico di Milano: un nuovo passo verso l’elettronica ultrarapida
Il Politecnico di Milano rivela il ruolo delle cariche virtuali, aprendo la strada a dispositivi ottici ultraveloci di nuova generazione.
Comprendere i processi interni ai materiali quando vengono colpiti da impulsi luminosi ultrabrevi è una delle sfide più rilevanti della fisica della materia e della fotonica moderna. Un recente studio pubblicato su Nature Photonics e guidato dal Politecnico di Milano ha portato alla luce un elemento finora poco considerato ma decisivo: il ruolo delle cariche virtuali, portatori di carica che esistono solo durante l’interazione con la luce, ma che influenzano in modo significativo la risposta del materiale.
La ricerca, condotta in collaborazione con l’Università di Tsukuba, il Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter e l’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (Cnr-Ifn), ha analizzato il comportamento del diamante monocristallino sottoposto a impulsi luminosi di durata estremamente breve, pari a pochi attosecondi (un miliardesimo di miliardesimo di secondo). Gli studiosi hanno impiegato una tecnica avanzata chiamata spettroscopia a riflessione transiente su scala degli attosecondi per osservare fenomeni ultraveloci mai descritti con tale precisione.
Il ruolo fondamentale delle transizioni elettroniche virtuali
Confrontando i risultati sperimentali con sofisticate simulazioni numeriche, il team di ricerca è riuscito a isolare l’effetto delle cosiddette transizioni virtuali verticali tra le bande elettroniche del diamante. Questo risultato cambia il punto di vista su come la luce interagisce con i solidi, soprattutto in condizioni estreme che finora erano attribuite esclusivamente al movimento delle cariche reali.
«Il nostro lavoro dimostra che le eccitazioni di portatori virtuali, che si sviluppano in tempi dell’ordine di pochi miliardesimo di miliardesimo di secondo, sono indispensabili per prevedere correttamente la risposta ottica rapida nei solidi», spiega Matteo Lucchini, professore presso il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano e autore senior dello studio, associato al Cnr-Ifn.
Un passo avanti per l’elettronica del futuro
I risultati ottenuti aprono nuove prospettive nello sviluppo di dispositivi ottici ultraveloci, come interruttori e modulatori capaci di operare a frequenze di petahertz, mille volte più rapide rispetto agli attuali dispositivi elettronici.
«Questi risultati rappresentano un passo fondamentale per lo sviluppo di tecnologie ultraveloci nell’elettronica», aggiunge Rocío Borrego Varillas, ricercatrice presso il Cnr-Ifn.
Per raggiungere tale obiettivo è cruciale comprendere a fondo sia il comportamento delle cariche reali sia quello delle cariche virtuali, come dimostrato da questo studio pionieristico del Politecnico di Milano.
