Dai ricercatori dell’Istituto per i processi chimico-fisici del Consiglio nazionale delle ricerche studio degli effetti meccanici della luce indotti dalla presenza di metasuperfici
L’optomeccanica tratta lo studio delle proprietà meccaniche della luce. In particolare, come evidenziato da Nader Engheta del Department of Electrical and System Engineering dell’Università della Pennsylvania di Philadelphia, la luce può indurre la levitazione di un dipolo elettrico se posto di fronte ad un metamateriale ENZ (Epsilon-Near-Zero), cioè un materiale non presente in natura ma la cui proprietà fisiche (ed in questo caso, la parte reale della costante dielettrica) possano essere ingegnerizzate dall’uomo.
In questo studio, i ricercatori dell’Istituto per i processi chimico-fisici del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ipcf) hanno sfruttato la loro esperienza nel campo dello studio delle forze indotte dalla luce per colmare il vuoto presente in letteratura riguardo all’optomeccanica di oggetti di dimensioni nano e microscopiche in prossimità di un materiale ENZ. È stata studiata la dinamica attrattiva-repulsiva di fronte alla superficie ENZ di particelle dielettriche, metalliche o ENZ, con forma sferica o ellissoidale, ed anche di particelle ibride metallo-dielettriche. Le forze ottiche sono state calcolate utilizzando diversi approcci teorici quali l’approssimazione di dipolo, la T-matrix (di cui la Prof.ss R. Saija dell’Università di Messina è un esperto a livello mondiale) o anche metodi ad elementi finiti. Le proprietà ottiche delle metasuperfici sono state estensivamente studiate dal gruppo della Case Western University, guidato dal Prof. Giuseppe Strangi, con tecniche di calcolo basate sulla matrice di trasferimento.
“La sinergia fra diversi approcci di calcolo delle forze ottiche ci ha permesso di studiare il comportamento di particelle di dimensioni realistiche di fronte ad un metamateriale ENZ: questa conoscenza ci aiuterà ad interpretare i risultati di esperimenti di intrappolamento ottico di microparticelle davanti a metasuperfici, fornite dal gruppo di Cleveland”, dice Maria G. Donato del Cnr-Ipcf. “La possibilità di studiare sia teoricamente che sperimentalmente i metamateriali ci permetterà di mettere a punto delle metasuperfici di fronte alle quali la dinamica di particelle nano e microscopiche possa essere controllata con un elevato grado di accuratezza”, aggiunge Onofrio M. Maragò (Cnr-Ipcf).
Le possibili applicazioni di questo studio riguardano la possibilità di selezionare nano e microparticelle solo in base alla loro risposta ottica di fronte ad una superficie ENZ. In particolare, con un opportuno patterning della metasuperficie, si potrebbe indurre una forza trasversale che, unitamente alla dinamica attrattiva-repulsiva già studiata di fronte alla superficie ENZ, potrebbe essere sfruttata per il riconoscimento di particelle con diverse proprietà chirali.
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