La capacità di manipolare la luce attraverso strutture microscopiche è oggi una delle frontiere più promettenti per lo sviluppo di tecnologie quantistiche e dispositivi ottici avanzati. Un team internazionale della Fudan University e della Nanyang Technological University ha dimostrato che è possibile creare particolari configurazioni luminose, chiamate texture di spin meron, utilizzando materiali micro-strutturati. Lo studio, apre nuove prospettive per il controllo della propagazione della luce e per l’uso dei campi ottici strutturati in applicazioni tecnologiche.
Quando la luce imita il magnetismo: le texture skyrmioniche
Per capire la portata di questa scoperta bisogna guardare al concetto di texture skyrmioniche, pattern bidimensionali stabili dell’orientamento dello spin che prendono il nome dal fisico Tony Skyrme. Inizialmente studiate nel magnetismo, hanno trovato applicazione anche in ottica e fotonica. La novità è che i ricercatori sono riusciti a ricrearle non nello spazio reale, ma nello “spazio dei momenti”, dove la luce è descritta in base al suo momento angolare.
Lei Shi, co-autore senior, spiega che il lavoro nasce dallo studio degli stati legati nel continuo (BICs), singolarità topologiche che non irradiano energia e rimangono confinate anche in sistemi aperti, ideali per la manipolazione dei campi luminosi.
Il cristallo fotonico: una piattaforma microscopica per controllare la luce
Il cuore dell’esperimento è un cristallo fotonico planare, ottenuto incidendo fori periodici in un film dielettrico sottile. Illuminata da un laser polarizzato circolarmente, la struttura genera texture ottiche meron, una particolare classe di campi di luce skyrmionici. Per misurarle, il team ha sviluppato un sistema basato sull’ottica di Fourier, ottenendo i parametri di Stokes che descrivono gli pseudo-spin della luce.
Questo approccio affronta una delle difficoltà principali nella generazione di campi ottici skyrmionici: la complessità dei sistemi richiesti. I metodi precedenti erano ingombranti e poco pratici, mentre i cristalli fotonici offrono una soluzione compatta che non richiede allineamenti complessi, a differenza delle metasuperfici tradizionali.
Prospettive future: dall’elaborazione ottica ai dispositivi quantistici
Le potenziali applicazioni spaziano dall’elaborazione ottica delle informazioni alla sensoristica, fino ai dispositivi quantistici. La possibilità di creare queste strutture in modo semplice e scalabile apre nuove strade per le tecnologie fotoniche.
Shi anticipa che i prossimi studi esploreranno ulteriormente gli effetti topologici abilitati dai BICs e le proprietà di propagazione e stabilità dei campi di luce generati. Questa ricerca dimostra come la fisica fondamentale possa tradursi in innovazioni concrete, aprendo nuove frontiere per il controllo della luce e dell’informazione a livello quantistico.