INFN-LNF Laboratori Nazionali di Frascati
La modulazione della luce gioca un ruolo chiave nelle moderne tecnologie di trasferimento dati. I Laboratori Nazionali di Frascati in collaborazione con l’Università “Sapienza” di Roma, insieme a colleghi svizzeri e cinesi hanno dimostrato che strutture di grafene tridimensionale possono trasdurre la luce in onde acustiche attraverso un meccanismo estremamente efficiente. Tra le possibili applicazioni di questo fenomeno la realizzazione di un altoparlante in grafene a effetto fototermico, che consente un funzionamento completamente digitale dalle frequenze acustiche fino alla regione degli ultrasuoni (Figura 1). I risultati ottenuti suggeriscono nuove opportunità per la generazione di luce e il controllo dei segnali sonori e degli ultrasuoni potenzialmente utilizzabili in un’enorme varietà di applicazioni che potranno riguardare non solo altoparlanti ad alta fedeltà, ma anche rivelatori di radiazione e dispositivi medici.
Il grafene è il primo materiale bidimensionale (2D) termodinamicamente stabile scoperto in natura. E’ un materiale eccezionale per la plasmonica e la fotonica, e offre un gran numero di applicazioni tecnologiche. Recentemente, i nuovi processi di fabbricazione consentono di sintetizzare questo materiale con configurazioni tridimensionali (3D). E’ proprio il grafene nanoporoso che mostra questa straordinaria risposta fotoacustica oltre a consentire molteplici applicazioni innovative nelle batterie, in dispositivi polimerici integrati, nella catalisi etc..
Le competenze dei LNF nella ricerca sui materiali avanzati, e tra questi il grafene, hanno consentito ai laboratori di essere selezionati tra i dieci progetti congiunti di ricerca scientifica e tecnologica recentemente firmati tra il Ministero degli Esteri e la National Natural Science Foundation of China (NSFC), la più importante agenzia cinese per il finanziamento della ricerca nella scienza fondamentale.
Il progetto dei LNF “3-Dimensional Graphene: Applications in Catalysis, Photoacoustics and Plasmonics”, coordinato dal A. Marcelli, riguarderà lo sviluppo di sistemi 3D a base carbonio che verranno usati per applicazioni di fotonica e plasmonica nell’intervallo THz dello spettro elettromagnetico, per la trasduzione ad alta efficienza di luce in suono sia nell’intervallo acustico che degli ultrasuoni, per la micropropulsione e infine per processi catalitici più efficienti.
Questo progetto, estremamente competitivo nello scenario internazionale, è una collaborazione tra i Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN e il Dipartimento di Fisica dell’Università “Sapienza” (coordinato da S. Lupi) e tre istituzioni cinesi riconosciute a livello internazionale con importanti infrastrutture dedicate alla caratterizzazione dei materiali: la Beijing Institute of Technology (BIT), la Beijing University of Chemical Technology (BUCT) e l’università dell’Accademia delle Scienze Cinese, l’University of Science and Technology of China (USTC) situata nel secondo polo di ricerca cinese a Hefei.