I ricercatori impegnati nello studio dei cristalli fotonici affermano di essere riusciti a creare con successo una forma di pseudogravità che piega la luce proprio come la gravità reale. La nuova tecnica potrebbe avere un effetto drammatico sulle tecnologie di comunicazione avanzate come il 6G, così come su altre applicazioni in campo ottico e nella scienza dei materiali che potrebbero trarre vantaggio da un metodo senza contatto per manipolare la luce.
Secondo i ricercatori dell’Università di Tohoku dietro a questo risultato apparentemente impossibile, l’idea di creare pseudogravità nei cristalli fotonici è stata teorizzata solo di recente. L’idea, spiegano in un comunicato stampa che annuncia il risultato rivoluzionario, potrebbe essere resa possibile “deformando i cristalli nella regione di energia (o frequenza) normalizzata inferiore”.”Abbiamo esplorato i fenomeni legati alla distorsione del reticolo nei cristalli fotonici per capire se può produrre effetti di pseudogravità“, ha affermato la professoressa Kyoko Kitamura della Graduate School of Engineering dell’Università di Tohoku, una degli autori dell’articolo pubblicato sulla rivista Nature.
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Il concetto ha portato i ricercatori ad effettuare veri e propri esperimenti per capire se fosse possibile nella pratica e non solo in teoria. L’ingrediente chiave, dicono, è qualcosa chiamato cristalli fotonici.
Le proprietà uniche dei cristalli fotonici sono la chiave per la manipolazione della luce tramite pseudogravità
Nel loro lavoro, i ricercatori spiegano come i cristalli fotonici abbiano proprietà peculiari che consentono loro di manipolare e controllare il comportamento della luce, “fungendo da controllori del traffico per la luce all’interno dei cristalli”. In effetti, i cristalli fotonici hanno già mostrato in precedenza effetti simili alla pseudogravità dovuti a ciò che i ricercatori chiamano “cambiamenti adiabatici” nei cristalli. Questa capacità unica esiste perché i cristalli fotonici sono costituiti da due o più materiali disposti in un modo specifico che influenza il flusso di luce in modi diversi. Questa costruzione, notano i ricercatori, “permette a questi cristalli di interagire e rallentare la luce in uno schema regolare e ripetuto”.
Per testare i propri cristalli fotonici e vedere se potevano, effettivamente, piegare la luce come la gravità reale, il team di Kitamura ha optato per un cristallo fotonico “distorto in silicone” che possedeva “una costante reticolare primordiale di 200 micrometri e onde terahertz”. Il team ha quindi introdotto qualcosa chiamato distorsione del reticolo. In parole povere, la distorsione del reticolo è una distorsione graduale della spaziatura regolare degli elementi del cristallo, che interrompe di fatto il tipico schema a griglia del materiale.
Come sperato, questa struttura a banda fotonica era perfetta e ha permesso di ottenere “una traiettoria curva del raggio nel mezzo – proprio come un raggio di luce che passa accanto a un massiccio corpo celeste come un buco nero”.
“Proprio come la gravità piega la traiettoria degli oggetti, noi abbiamo trovato un mezzo per piegare la luce all’interno di determinati materiali“, ha affermato Kitamura.
Si tratta di una scoperta che potrebbe migliorare le tecnologie di comunicazione e aprire nuove strade nella fisica dei gravitoni.
Anche se questo è solo un primo passo, i ricercatori dietro questo risultato unico affermano che per la loro pseudogravità in grado di piegare la luce ci sono numerose potenziali applicazioni. Si parla di applicazioni pratiche in tecnologia ma questa scoperta potrebbe persino aprire campi di studio completamente nuovi per i fisici.
“Tale orientamento del raggio nel piano nell’intervallo dei terahertz potrebbe essere sfruttato nella comunicazione 6G”, ha affermato il professore associato Masayuki Fujita dell’Università di Osaka. “A livello accademico, i risultati mostrano che i cristalli fotonici potrebbero sfruttare gli effetti gravitazionali, aprendo nuove strade nel campo della fisica gravitonica”.
Cosa sono i cristalli fotonici
In ottica ed in microfotonica per cristallo fotonico si intende una struttura in cui l’indice di rifrazione ha una modulazione periodica su scale comparabili con la lunghezza d’onda della luce o, più in generale, di una radiazione elettromagnetica. Questa modulazione periodica dell’indice può essere ottenuta alternando, in una o più dimensioni, materiali diversi o lo stesso, ma con diversa porosità e quindi diverso indice di rifrazione. Ciò dà ai cristalli fotonici proprietà ottiche analoghe alle proprietà di conduzione elettrica dei cristalli. In particolare i cristalli fotonici possono presentare una banda proibita per la luce analoga a quella dei semiconduttori.
