Mantello di Harry Potter?Forse non ne avrete più bisogno

Il vostro sogno di diventare invisibili è sempre più vicino a diventare realtà, proprio come nella saga di Harry Potter e senza il bisogno di indossare un mantello.

Uno dei fenomeni più interessanti di cui discutere, nel settore della nanofotonica e dei metamateriali, è quello dell’Optical Cloaking (letteralmente “mantello ottico”). Quando si vuole rendere invisibile un oggetto infatti, questo è circondato da un mezzo avvolgente. La luce passa attraverso il sistema “oggetto+mezzo” senza subire scattering o modulazione di fase.

Un gruppo di ricercatori giapponesi del dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica della Scuola di Ingegneria nell’Istituto di Tecnologia di Tokio, però, ha pubblicato uno studio nel quale viene mostrato come siano stati in grado di rendere invisibile un cilindro con dimensione caratteristica submicronica, senza l’utilizzo di metamateriali.

Background sull’invisibilità

Basandosi sulla teoria nota come Scattering di Lorenz-Mie, una soluzione completa e matematicamente rigorosa del problema dello scattering di un’onda elettromagnetica su di una sfera o su di un cilindro, hanno identificato la relazione che intercorre tra l’efficienza di scattering della luce (una misura della quantità di radiazione diffusa) e l’indice di rifrazione (una misura della velocità con cui la luce si propaga nel materiale) del cilindro.

Il loro obiettivo è stato quello di individuare la zona a più bassa efficienza di scattering. Una bassa efficienza di scattering, infatti, implica l’invisibilità dell’oggetto in esame. I loro calcoli sono stati effettuati utilizzando un cilindro di lunghezza infinita e raggio r. La direzione di illuminazione è parallela all’asse z ed è perpendicolare all’asse del cilindro, asse y. La polarizzazione perpendicolare all’asse del cilindro è stata definita “transverse electric” (TE) e la polarizzazione parallela all’asse del cilindro è stata definita “transverse magnetic” (TM).

Risultati

A valle di diverse simulazioni hanno ottenuto “bassi” valori di efficienza di scattering per indici di rifrazione che variano da 3.8 a 2.7.  Questo dimostra in primis come le condizioni di ottenimento dell’invisibilità non siano stringenti ed ottenibili a frequenze ottiche (ultravioletto, visibile e infrarosso). Inoltre, guardando al profilo del campo magnetico generato nel cilindro, si deduce che l’ottenimento dell’invisibilità è legato alla cancellazione dei dipoli magnetici che vengono a generarsi. Materiali con questi indici di rifrazione esistono e alcuni esempi sono:

• Silicio (Si);
• Arseniuro di Alluminio (AlAs);
• Arseniuro di Gallio (GaAs),

materiali comunemente utilizzanti nell’industria dei semiconduttori, ad esempio per la produzione di Heterostructure Field Effect Transistor (HEMT), e potranno essere utilizzati per verifiche pratiche di questo risultato. Questo rappresenta un risultato incoraggiante considerando il fatto che la produzione di metamateriali esotici per l’optical coating è complessa e costosa. Il nuovo approccio potrebbe fornire un modo più semplice ed economico per ottenere l’invisibilità. Nuovi sensori per applicazioni medicali e aeronautiche potrebbero essere potenziali declinazioni per questa branca dell’optoelettronica.