Ricerca nanotech tutta italiana svela una nuova proprietà del silicio

Una delle riviste scientifiche più prestigiose nel settore delle ricerca fisica su nuovi materiali – ha pubblicato un’importante scoperta che cambia quello che fin’ora si pensava di sapere sul silicio. Un gruppo di ricercatori afferenti al Civen - Coordinamento Interuniversitario Veneto per le Nanotecnologie, braccio scientifico di Veneto Nanotech - alle Università di Trento, di Brescia, di Modena e Reggio Emilia e alla Fondazione Bruno Kessler di Trento, coordinati dal Prof. Lorenzo Pavesi di Trento, ha dimostrato che deformando la struttura cristallina del silicio si inducono proprietà ottiche nuove. Tale pioneristica ricerca estende le potenzialità della Fotonica in Silicio (scienza che studia il modo di controllare la propagazione della luce) in direzioni finora ritenute impossibili. Il risultato della ricerca permetterà in futuro di rendere internet e le comunicazioni in generale più veloci poiché i punti di connessione e le centrali di elaborazione dati lavoreranno con performance irraggiungibili allo stato attuale.

Il silicio, uno degli elementi più abbondanti sulla crosta terrestre (presente in grande quantità per esempio nella sabbia e altri minerali), costituisce il materiale di base per la fabbricazione dei microprocessori dei PC, fotocamere digitali, elettronica di consumo in generale e panelli solari. La prossima frontiera dell’evoluzione dell’elettronica consiste nell’unione fra la fotonica e l’elettronica in modo da poter sfruttare al massimo le capacità di calcolo dell’elettronica con le velocità nella trasmissione di dati digitali propri della fotonica. L’elettronica, infatti, è la tecnologia alla base dei computer mentre la fotonica è la tecnologia alla base di internet. Avremo quindi la possibilità di accedere ad enormi quantità di dati elaborati e scambiati virtualmente alla velocità della luce.

Nel lavoro appena uscito in Nature Materials, il team di ricercatori ha aperto una nuova direzione di ricerca ribaltando un paradigma fino ad ora ritenuto solidissimo. E’ stato dimostrato, infatti, che una guida di luce in silicio deformata permette di creare luce (fotoni) di energia più alta (esattamente il doppio) rispetto alla luce inserita nella guida. Simulazioni della struttura al livello atomico mostrano che la pressione applicata trasforma la struttura atomica – rompendone la sua simmetria – e così lo fa diventare un materiale ottico non-lineare. Tale fenomeno è molto interessante poiché permette di produrre sorgenti di luce con colori che possono coprire regioni ottiche attualmente inesplorate, di abilitare dispositivi a controllo completamente ottico - dove la luce controlla la luce - e di ingegnerizzare interruttori ottici ad altissima velocità. Tutti dispositivi che potranno essere integrati nel silicio e quindi prodotti in numeri elevati a bassi costi.

Il gruppo condotto dal prof. Pavesi ha posto le basi per questa proficua collaborazione che oltre a svolgersi nei centri di ricerca trentini, ha coinvolto anche i ricercatori che lavorano a Venezia presso i laboratori Nanofab di Veneto Nanotech, i fisici teorici computazionali dell’Università di Modena e Reggio Emilia e gli ingegneri delle telecomunicazioni dell’Università di Brescia, formando in tal modo un team di scienziati in grado di coprire tutta la filiera della ricerca: dalla concezione dell’esperimento, alla fabbricazione del dispositivo, alla caratterizzazione e al test dello stesso fino alla completa comprensione del fenomeno fisico che è stato presentato ad una delle più prestigiose riviste scientifiche internazionali.

Tale contributo è stato reso possibile in primis da un finanziamento della Provincia Autonoma di Trento partito ancora nel 2008, che all’interno dell’ultimo Bando Grandi Progetti del Fondo Unico per la Ricerca PAT ha permesso di creare e finanziare una proficua collaborazione scientifica fra i due enti di ricerca territoriali. La collaborazione con Brescia ha avuto luogo nell’ambito di un progetto finanziato dalla Fondazione Cariplo.



Maggiori informazioni sullo studio – dal titolo “Second-harmonic generation in silicon waveguides strained by silicon nitride” – sono disponibili sul sito web di Nature Materials a partire dalle ore 19.00 di domenica, 4 dicembre (fino a quel momento la notizia è da considerarsi sotto embargo) http://www.nature.com/nmat/index.html


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