I ricercatori del MIT hanno sviluppato risonatori che migliorano
Interazione tra fotoni ed elettroniutilizzato in un'ampia varietà di tecnologie, dai laser ai pannelli solari e ai LED. Lo svantaggio dell'approccio tradizionale è che, a causa delle diverse lunghezze d'onda di queste particelle, l'interazione tra il fotone e l'elettrone è molto debole.
I fisici hanno capito come migliorare questa interazione.Hanno sviluppato uno speciale cristallo fotonico, che è un wafer di silicio su un isolante inciso con una serie di fori di dimensioni nanometriche. I calcoli teorici mostrano che con l'aiuto di un raggio di elettroni diretto, una tale piastra può generare una radiazione Smith-Purcell mille volte più forte. Gli esperimenti hanno confermato l'aumento della luce di oltre 100 volte.
Il principio di funzionamento del dispositivo ètrasferimento di quantità di moto da un elettrone a un gruppo di fotoni o viceversa. Mentre le interazioni convenzionali della luce con gli elettroni si basano sulla generazione di luce a un singolo angolo, il cristallo fotonico è sintonizzato per produrre luce a una gamma di angoli.
Schema del setup sperimentale. Immagine: Yi Yang et al., Natura
Negli esperimenti, gli scienziati hanno dimostratoun aumento di cento volte della radiazione utilizzando un microscopio elettronico riproposto come sorgente di fascio di elettroni. Tuttavia, notano che potenzialmente questo metodo può fornire un miglioramento molto maggiore quando si utilizzano dispositivi specializzati.
Lo stesso processo può essere utilizzato al contrariodirezione: le onde luminose risonanti possono accelerare il movimento degli elettroni. Questo potrebbe potenzialmente essere utilizzato per creare acceleratori di particelle in miniatura su un chip. Ciò significa che alcuni esperimenti che attualmente richiedono enormi tunnel sotterranei, come il Large Hadron Collider, possono essere effettuati in un laboratorio convenzionale.
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In copertina: un'illustrazione artistica dell'interazione tra gli elettroni e una lastra di un cristallo fotonico. Immagine: MIT