CNR: ecco i più sottili fasci di luce mai osservati

Scoperti fasci laser inferiori ad un millesimo di un capello che si propagano per grandi distanze in materiali trasparenti

I fasci laser vengono oggi utilizzati ovunque: in microscopia, telecomunicazioni, computer, stampanti tradizionali e 3D, microchirurgia. Un gruppo di ricercatori della Sapienza-Università di Roma, dell’Istituto dei sistemi complessi del Consiglio nazionale delle ricerche (Isc-Cnr) di Roma, dell’Università di Pavia, e della Hebrew University of Jerusalem, coordinato da Eugenio Del Re del Dipartimento di fisica della Sapienza, ha scoperto i fasci laser più piccoli mai osservati, inferiori ad un millesimo di un capello.
I risultati sono pubblicati su Nature Photonics. “Fino a oggi si riteneva che i fasci di luce non potessero avere dimensioni inferiori a mezzo milionesimo di metro per via del cosiddetto ‘limite diffrattivo’”, riferisce Claudio Conti, direttore dell’Isc-Cnr, “cioè la legge fisica secondo cui un fascio laser non può essere focalizzato a dimensioni inferiori alla lunghezza d’onda, che è diversa per ciascun colore della luce. Fino ad ora sono stati osservati fasci di circa un centesimo della sezione di un capello, noi ci siamo spinti fino ad un millesimo, utilizzando specifici materiali. Più è sottile un fascio laser, più piccoli sono i dettagli che si possono osservare e illuminare”.
In particolare, i ricercatori hanno osservato fasci laser sotto i 280 nanometri, quasi un terzo della lunghezza d’onda utilizzata nell’esperimento, che si propagano senza distorsione per tutta la lunghezza del materiale utilizzato. Normalmente i fasci luce non si comportano come oggetti dotati di massa e tendono ad allargarsi e disperdersi, ma in questo caso la loro interazione con gli elettroni nel materiale li rende simili a una punta rigida non deformabile e ultra sottile. Alla base di questo fenomeno c’è un particolare effetto fisico scoperto dai ricercatori, che fornisce una massa efficace (cioè un effetto che fa comportare questi fasci come se avessero una massa, ossia come fossero dei corpi solidi rigidi) ai fasci di luce e che ne inibisce l’allargamento e la diffrazione.
“Per valutare la larghezza minima raggiunta”, conclude Eugenio Del Re, “è stato necessario sviluppare uno strumento meccanico, e non ottico, capace di effettuare spostamenti controllati e veloci su scale nanometriche (‘near-field knife-edge’). Infatti i fasci di luce sono talmente sottili e al di sotto dei limiti consentiti dall’ottica normale che non è stato possibile misurare la loro dimensione usando telecamere, anche ad alta risoluzione, e lenti, anche enormi”.
Questo studio apre importanti prospettive per microscopi ad altissima risoluzione e profondità di penetrazione, stampanti tridimensionali ultra-precise, bisturi laser sub-cellulari, e nuovi dispositivi opto-elettronici e di memorizzazione ad altissima capacità e basso costo.