Vortici di luce in un nano-cristallo simulano le galassie

Cento vortici di luce ordinati e accoppiati tra loro, così da creare una sorta di cristallo di luce in grado di simulare su scala nanometrica le spirali delle galassie lontane, ma anche altri sistemi complessi, come i violenti tornado o i mulinelli d’acqua: è il risultato ottenuto dalla ricerca condotta dell’Istituto Italiano di Tecnologia (Iit) di Milano, in collaborazione con l'Iit di Genova e l’Università sudafricana del Witwatersrand. Coordinatore della ricerca è Antonio Ambrosio, tornato in Italia grazie a un finanziamento del Consiglio Europeo della Ricerca (Erc).
Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Photonics, promette progressi anche nel campo della microscopia e delle comunicazioni ottiche.

Negli ultimi anni diversi gruppi di ricerca hanno sviluppato generatori di vortici di luce, ma erano in grado di produrre un singolo vortice che si propaga nello spazio; i ricercatori dell’Iit, invece, hanno dimostrato che è possibile creare contemporaneamente cento vortici accoppiati, che ruotano insieme e si influenzano a vicenda.

La realizzazione di questo sistema è stata possibile grazie all’utilizzo di una griglia di meta-superfici, ovvero pellicole estremamente sottili di materiali innovativi, in grado di modellare un fascio luminoso dandogli uno spessore inferiore di cento volte circa rispetto a quello di un capello e conferendogli una forma simile a quella di un’elica.

Se inserite nella cavità di un laser, inoltre, queste nano-pellicole danno nuove proprietà al sistema di vortici: è possibile regolare a piacimento il numero di torsioni di ciascuna elica e gli eventuali difetti vengono corretti in modo autonomo. Lo studio, che vede come primo autore Marco Piccardo dell’Iit, consente quindi di simulare sistemi complessi accoppiati difficilmente realizzabili in laboratorio perché su scale irraggiungibili, come le galassie, oppure che avvengono in condizioni estreme o instabili, come i tornado.