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Laser di prossima generazione utilizzerà polaritoni e consumera 1000 volte meno energia degli attuali laser

  Autore: n/a

  mercoledì 22 maggio 2013 ore: 00:00:00 - letto [ 1745 ]

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Due gruppi di ricerca indipendenti hanno realizzato un nuovo tipo di laser basato sulle proprietà dei polaritoni, quasi-particelle ottenute dall'accoppiamento di fotoni ed eccitoni, altre quasi-particelle che descrivono gli stati di eccitazione di un solido. Poiché richiede un millesimo dell'energia consumata da un laser convenzionale, il dispositivo si candida a diventare il laser della prossima generazione: a patto di realizzarne una versione che funzioni a temperatura ambiente.

È un nuovo tipo di laser quello descritto sulle pagine della rivista “Nature” da Christian Schneider, del Wilhelm-Conrad-Röntgen-Research Center for Complex Material Systems, dell’Università di Würzburg, e in contemporanea sulle “Physical Review Letters” dal gruppo guidato da Pallab Bhattacharya dell’Università del Michigan.

Si basa infatti su un concetto del tutto innovativo, poiché emette la luce attraverso un processo di diffusione di quasi-particelle denominate polaritoni, che sono il risultato dell'accoppiamento di fotoni (i quanti della radiazione elettromagnetica) ed eccitoni, a loro volta quasi-particelle che descrivono gli stati di eccitazione di un solido.

In realtà, a rigore, la definizione di laser a polaritoni è scorretta. Laser infatti è l’acronimo di Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, ovvero amplificazione della luce per emissione stimolata di radiazione, ma il dispositivo costruito da Schneider e Bhattacharya non prevede una fase di emissione stimolata, in cui elettroni in una cavità vengono eccitati a un livello energetico superiore per poi ritornare a quello inferiore e quindi produrre un fascio di luce monocromatico e coerente (in cui cioè i raggi sono tutti in fase). Nel laser sviluppato dai due ricercatori, l’emissione di fascio di questo tipo avviene mediante un processo fisico diverso. 



All'inizio del processo ci sono i polaritoni, che vengono generati eccitando un semiconduttore di arseniuro di gallio posto in una microcavità e mantenuto a una temperatura estremamente bassa, pari a 30 kelvin (cioè -243 gradi Celsius, 30 gradi Celsius sopra lo zero assoluto). I polaritoni decadono rapidamente, trasferendo la propria energia ai fotoni che fanno parte di queste quasi-particelle. Grazie all'energia ricevuta, i fotoni infine possono generare un fascio di luce monocromatico e coerente.

Proposto in via teorica nel 1996, il laser a polaritoni è stato realizzato per la prima volta nel 2007, dunque ha ormai qualche anno di storia. Ma la novità del dispositivo costruito da Schneider e Bhattacharya è che i polaritoni sono eccitati con l’elettricità e non con metodi ottici. 


Al di là dei dettagli tecnici, questa nuova versione ha l’enorme vantaggio di poter funzionare con un’energia 1000 volte inferiore rispetto a un laser convenzionale e si candida quindi a diventare il laser della prossima generazione. L’unico ostacolo in questo senso è che per ora funziona a temperature criogeniche. Ma i ricercatori stanno già lavorando a una nuova versione in grado di funzionare a temperatura ambiente.



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polariton laser

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polariton laser

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Condensation laser

 

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fonte
http://www.lescienze.it/news/2013/0...

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Riferimento
http://www.nature.com/nature/journa...

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Riferimento
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v11...








 

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