INFN-LNF Laboratori Nazionali di Frascati
Un importante contributo a nuovi sviluppi dell’ottica nell’infrarosso è arrivato dai Laboratori Nazionali di Frascati (LNF) dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) dove, nella facility Dafne-Luce, è stata condotta la caratterizzazione sperimentale di un innovativo metamateriale. Questa ricerca, frutto della collaborazione tra un gruppo del Dipartimento di Scienze di Base Applicate all’Ingegneria (Università La Sapienza di Roma) e pubblicata sulla rivista Scientific Reports, si concentra su un metamateriale ibrido, ovvero un materiale artificiale costituito da un film sottile di biossido di vanadio (VO2) combinato con una matrice di nanodischi d’oro (di dimensioni di miliardesimi di metro).
Il VO2 è un materiale interessante perché subisce una transizione di fase, passando da uno stato di semiconduttore a uno stato metallico quando viene riscaldato a una temperatura relativamente bassa, intorno ai 68 °C. Questo cambiamento strutturale comporta modifiche significative alle sue proprietà elettriche, termiche e ottiche.
Presso la Facility Dafne-Luce, utilizzando uno spettrometro FTIR (Fourier-transform infrared) accoppiato con un microscopio, è stata condotta la caratterizzazione sperimentale del metamateriale. In particolare, è stata analizzata la quantità di luce riflessa, nella regione dell’infrarosso (lunghezze d’onda 3 – 5 µm), dalla superficie del metamateriale al variare della temperatura da quella ambiente fino a 100 °C.
I risultati sperimentali hanno mostrato che quando il VO2 si trova nello stato di semiconduttore (a temperatura ambiente), presenta un forte assorbimento nell’infrarosso medio (4,72 μm). Riscaldando il materiale, l’assorbimento si sposta gradualmente verso lunghezze d’onda maggiori, raggiungendo 5,43 μm a 66 °C. Questo spostamento di quasi 1 μm dimostra la variazione significativa della risposta ottica del metamateriale in funzione della temperatura. I ricercatori hanno anche osservato che il processo è reversibile, con il ritorno alla risposta iniziale raffreddando il campione.
Questa ricerca apre prospettive interessanti per diverse applicazioni, come sistemi di schermatura termica, dispositivi ottici infrarossi regolabili e altre tecnologie che richiedono un controllo preciso della luce infrarossa.
Petronijevic, E., Larciprete, M.C., Centini, M. et al. Active infrared tuning of metal–insulator-metal resonances by VO2 thin film. Sci Rep 14, 25324 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-75430-0