Un laser al grafene nasce a Pisa

Realizzato al Cnr-Nano, supera i limiti dei semiconduttori e raggiunge frequenze mai ottenute prima, fino a 10 terahertz

PISA — Un risultato di rilievo mondiale porta la firma del Cnr-Nano di Pisa. Per la prima volta un laser compatto è riuscito a emettere luce fino a 10 terahertz, superando la soglia che finora aveva bloccato i semiconduttori. Il merito è di una griglia di grafene integrata nel dispositivo, capace di amplificare la radiazione e spingerla verso frequenze più alte.

Lo studio, pubblicato su Nature Nanotechnology e selezionato per la copertina del numero di Novembre, è frutto della collaborazione tra l’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche, l’Università di Leeds e il Cambridge Graphene Centre.

“Il reticolo di grafene amplifica il campo elettrico all’interno del laser e innesca un fenomeno noto come generazione della terza armonica” ha spiegato la ricercatrice Miriam Serena Vitiello, coordinatrice dello studio. “La radiazione prodotta dal laser a 3,3 THz viene trasformata in frequenze tre volte più alte, raggiungendo la regione dei 9–10 THz. Il grafene agisce come un vero e proprio trampolino ottico, capace di rilanciare la luce oltre il limite imposto dal materiale semiconduttore”.

Il dispositivo, nella sua versione iniziale, ha una potenza contenuta ma già utile per applicazioni sensibili come la spettroscopia astronomica o l’analisi dell’atmosfera. Ma il suo valore più grande è l’apertura verso una nuova generazione di sorgenti terahertz, compatte e regolabili, in grado di coprire l’intero intervallo da 1 a 12 THz.

“Il nostro approccio mostra che è possibile superare un limite considerato invalicabile” ha aggiunto Vitiello. “Ancora una volta il grafene dimostra di riuscire dove altri materiali falliscono, trasformando un ostacolo della fisica dei semiconduttori in una nuova opportunità per la luce stessa”.

Il progetto, sviluppato nei laboratori del NEST della Scuola Normale Superiore, è sostenuto dal programma europeo Horizon 2020.

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