Le ricerche dell’equipe del professor Engheta è stata condotta con i membri del suo gruppo nel settore elettrico e dei sistemi Dipartimento di Ingegneria, Yong Sun, Brian Edwards e Andrea Alù. I risultati dei loro studi sono stati pubblicati sulla rivista Nature Materials .
In elettronica, la denominazione “concentrati” si riferisce a elementi che possano essere trattati come una scatola nera, ovvero un qualcosa che trasformi un dato input in un output perfettamente prevedibile, senza che ci si debba preoccupare di che cosa esattamente stia succedendo all’interno dell’elemento.
“L’ottica ha sempre avuto i suoi propri elementi, cose come lenti, guide d’onda ed inferriate” ha commentato Engheta “ma non sono mai stati concentrati. Tali elementi sono tutti molto più grandi della lunghezza d’onda della luce, perché questo è tutto ciò che poteva essere facilmente costruito ai vecchi tempi. Per l’elettronica, gli elementi circuitali concentrati sono sempre molto più piccoli della lunghezza d’onda di funzionamento, che è nella gamma di frequenza delle radio o delle microonde”.
La nanotecnologia ha aperto questa possibilità per gli elementi concentrati per circuito ottico, permettendo la costruzione di strutture che abbiano dimensioni misurabili in nanometri. Nel caso dell’esperimento dell’equipe di Engheta, la struttura era un pettine rettangolare di array di nanotubi in nitrito di silicio.
Il “meta” in “metatronics” si riferisce ai metamateriali, un campo relativamente nuovo della ricerca, in cui i modelli e le strutture su scala nanometrica incorporate nei materiali, consentono loro di manipolare le onde in modi che prima erano impossibili. Le sezioni trasversali dei nanotubi, e gli spazi tra essi, formano un disegno che riproduce la funzione di resistori, induttori e condensatori, ovvero gli elementi circuitali di base, ma in lunghezze d’onda ottiche.
“Se abbiamo la versione ottica di quegli elementi concentrati nel nostro repertorio, possiamo effettivamente ottenere disegni simili a quelli che realizziamo nel campo dell’elettronica, ma ora per il funzionamento con la luce” ha detto Engheta “Siamo ora in grado di costruire un circuito con la luce”.
Nel loro esperimento, i ricercatori hanno illuminato i nanotubi con un segnale ottico, un’onda di luce nella gamma dell’infrarosso medio. Quindi sono state realizzare delle misure spettroscopiche dell’onda luminosa che passava attraverso il pettine. Ripetendo l’esperimento utilizzando nanotubi con nove diverse combinazioni di larghezza e altezza, i ricercatori hanno dimostrato che la “corrente”‘ ottica e la “tensione” ‘ottica sono state modificate dalle resistenze ottiche, dagli induttori ottici e dai condensatori ottici, con parametri corrispondenti a tali differenze di dimensioni.
