Un nuova “luce” si accende per monitoraggio ambientale e applicazioni medicali

Ancora una volta la ricerca italiana sugli scudi, con uno studio dell’Istituto di Nanotecnologia del Cnr di Lecce, pubblicato sulla rivista “Light Science & Applications“. Oggetto dello studio una nuova tipologia di luce, capace di alternare tutte le polarizzazioni possibili nella durata di appena un centesimo di miliardesimo di secondo. 

Una luce che potrebbe dare un impulso davvero rilevante per applicazioni in ambito medico con specifico riferimento a trattamenti con laser selettivi ma anche per incrementare le prestazioni di sistemi di telerilevamento per il monitoraggio atmosferico. Lo spunto della nuova ricerca internazionale di matrice italiana, si è concentrato su una proprietà poco percepibile della luce rispetto al colore conferito dalla propria energia, come la polarizzazione, vale a dire la direzione e la modalità con le quali il campo elettromagnetico oscilla nel propagarsi alla velocità della luce, corrispondente proprio con l’elemento sulla base del quale alcuni gamberetti riescono a vedere la luce con una dimensione in più rispetto a noi umani per individuare meglio il plancton quasi invisibile.

Il gruppo di ricerca internazionale è stato condotto da Daniele Sanvitto, coordinatore del gruppo di Fotonica avanzata dell’Istituto di Nanotecnologia del Consiglio nazionale delle ricerche (Nanotec-Cnr) di Lecce, in collaborazione Cnr-Spin di Roma Tor Vergata, Universidad Autonoma di Madrid, Nanyang Technological University di Singapore e Russian Quantum Center di Mosca. Come spiega lo stesso Sanvitto, “è ben noto che la luce è un campo elettromagnetico vettoriale, per cui esiste una direzione di oscillazione del campo, che può essere lineare, circolare o nei casi intermedi ellittica. La luce solare non è polarizzata e l’occhio umano non ha mai avuto bisogno di percepire questa proprietà, anche se a volte può essere molto utile. Ad esempio nel caso degli occhiali polarizzati che eliminano le riflessioni più intense dalle superfici orizzontali. La maggior parte dei laser e schermi Lcd hanno una polarizzazione lineare, che viene usata anche per aumentare il contrasto nei microscopi a polarizzatori incrociati, mentre quella circolare viene usata in alcuni tipi di cinema 3D. Con questo studio abbiamo realizzato degli impulsi ultraveloci in cui la luce mantiene invariata la sua energia pur cambiando continuamente tutti i possibili stati di polarizzazione del fotone“.

Infatti fino ad oggi le principali tecniche di pulse shaping utilizzate, erano basate su una combinazione complessa di modulatori di fase a cristalli liquidi e algoritmi di programmazione, determinanti restrizioni sulla velocità di cambiamento e sulla compattezza del possibile dispositivo. Come tiene a precisare Lorenzo Dominici, altro membro del team di ricerca che ha guidato l’esperimento, “partendo dal principio più semplice e universale delle oscillazioni Rabi, il risultato da noi ottenuto è scalabile a qualsiasi ordine temporale e piattaforma, non solo ottica. Il risultato ottenuto lo abbiamo implementato in modo compatto, utilizzando speciali particelle, i polaritoni,che si formano quando la luce si accoppia con gli elettroni eccitati in un semiconduttore. Regolando due impulsi di eccitazione con polarizzazione circolare opposta, il nostro dispositivo emette un impulso in cui la polarizzazione cambia in tutte le sue forme (circolare, lineare ed ellittica) in un 1/100 000 000 000 (centomiliardesimo) di secondo“.

I ricercatori del team salentino dell’Istituto di nanotecnologia del Cnr precisano che questo tipo di luce potrebbe trovare applicazioni sia in campo medico, sia per la diagnostica in fibra ottica, aumentando l’efficienza di identificazione di patologie, sia per i trattamenti con laser selettivi, con particolare riferimento agli usi dermatologico e dentistico, oppure estendendo il principio delle Rabi ad altro ambiti applicativi, come per incrementare le prestazioni di particolare piattaforme tecnologiche per il monitoraggio atmosferico. A beneficiarne maggiormente, tecniche di telerilevamento come il Lidar, acronimo dall’inglese di Light Detection and Ranging (immagine sopra), una tecnica di telerilevamento che consente di determinare la distanza di un oggetto o di una superficie utilizzando un impulso laser, oltre a determinare la concentrazione di specie chimiche inquinanti nell’atmosfera e nelle superfici acquatiche e il Radar, utilizzato in particolare per il monitoraggio delle perturbazioni e delle precipitazioni in un significativo range spaziale. Davvero emblematica la storia del giovane coordinatore di questo progetto internazionale come Daniele Sanvitto, che dopo essere andato all’estero, a voluto caparbiamente tornare nel nostro paese per portare la sua filosofia di lavoro in un team scientifico, nella sua bellissima terra come il Salento con alcuni riferimenti anche personali davvero originali, una altra bella storia tra quelle che ci propone ogni giorno, nonostante tutto, il nostro “Bel Paese”, documentata dal video seguente.

• Scarica l’articolo della rivista “Light Science & Applications”

 Sauro Secci