Un gruppo di ricercatori cinesi ha inventato un nuovo cristallo ottico ultrasottile ed efficiente dal punto di vista energetico utilizzando una nuova teoria che getta le basi per la tecnologia laser di prossima generazione.
Il nitruro di boro ritorto sviluppato dal team ha uno spessore di micrometri, il che lo rende il cristallo ottico più sottile conosciuto al mondo, ha recentemente dichiarato a Xinhua il professor Wang Enge della Scuola di fisica dell'Università di Pechino. Rispetto ai cristalli convenzionali dello stesso spessore, la sua efficienza energetica è aumentata da 100 a 10,000 volte.
Wang, accademico dell'Accademia cinese delle scienze, ha affermato che i risultati rappresentano un'innovazione originale nella teoria cinese dei cristalli ottici e aprono un nuovo campo per la produzione di cristalli ottici da materiali a film sottile bidimensionale con elementi luminosi.
I risultati della ricerca sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Physical Review Letters.
Il laser è una delle tecnologie fondamentali della società dell'informazione. I cristalli ottici possono realizzare funzioni come la conversione di frequenza, l'amplificazione parametrica e la modulazione del segnale e sono componenti chiave dei dispositivi laser.
Negli ultimi 60 anni, la ricerca e lo sviluppo dei cristalli ottici sono stati guidati principalmente da due teorie di corrispondenza di fase proposte da scienziati americani.
Tuttavia, a causa delle limitazioni dei tradizionali modelli teorici e dei sistemi materiali, i cristalli esistenti sono difficili da soddisfare i requisiti di miniaturizzazione, elevata integrazione e funzionalizzazione dei dispositivi laser per lo sviluppo futuro. Lo sviluppo della tecnologia laser di prossima generazione richiede innovazioni nella teoria e nei materiali dei cristalli ottici.
Wang Engo e il Prof. Liu Kaihui, direttore dell'Istituto di fisica della materia e dei materiali condensati, Scuola di fisica dell'Università di Pechino, hanno guidato un team per sviluppare una teoria dell'abbinamento di fase terza basata su sistemi materiali di elementi leggeri: la teoria dell'abbinamento di fase ritorta.
"I laser prodotti dai cristalli ottici possono essere visti come singole colonne di marcia. Il meccanismo di torsione può rendere la direzione e il ritmo di ciascun individuo altamente coordinati, migliorando notevolmente l'efficienza di conversione energetica del laser", spiega Liu, che è anche vicedirettore dell’Institute of Light Element Quantum Materials Intersection presso il Huairou National Integrated Science Center di Pechino.
Ha affermato che la ricerca apre modalità di progettazione e sistemi di materiali completamente nuovi, realizzando un’intera catena di innovazioni originali dalla teoria ottica di base alla scienza e tecnologia dei materiali.
"Lo spessore dei cristalli TBN varia da 1 a 10 micrometri. La maggior parte dei cristalli ottici che conoscevamo prima avevano spessori a livello di un millimetro o addirittura centimetri", ha aggiunto Liu.
La tecnologia di produzione TBN è attualmente brevettata negli Stati Uniti, nel Regno Unito, in Giappone e in altri paesi. Il team ha prodotto prototipi di laser TBN e sta collaborando con le aziende per sviluppare la tecnologia laser di prossima generazione.
"I cristalli ottici sono la pietra angolare dello sviluppo della tecnologia laser e il futuro della tecnologia laser è determinato dalla teoria della progettazione e dalla tecnologia di produzione dei cristalli ottici", ha affermato Wang.
Grazie alle loro dimensioni ultrasottili, all’eccellente potenziale di integrazione e alle nuove funzioni, si prevede che i cristalli TBN realizzeranno in futuro nuove scoperte applicative in campi quali le sorgenti di luce quantistica, i chip fotonici e l’intelligenza artificiale.
