L'arseniuro di gallio nano-fabbricato manifesta una nuova proprietà di rifrazione: la capacità di rifrangere asimmetricamente le onde acustiche ad alta frequenza a seconda del lato di arrivo degli impulsi. I risultati sono pubblicati su Nature Communications. Uno studio condotto dal Cnr-Iom e guidato dal Cnr-Nano.
Gli esempi noti di rifrazione negativa nei metamateriali non distinguono tra angoli di incidenza positivi e negativi. Un gruppo di ricercatori guidato dal Cnr-Nano e che coinvolge anche il Cnr-Iom ha dimostrato che è possibile rompere questa simmetria, utilizzando un metamateriale meccanico che opera nel gigahertz. Lo studio, pubblicato su Nature Communications, è un altro passo avanti verso il controllo delle onde meccaniche nel GHz e può aiutare l'evoluzione delle moderne tecnologie basate sulla nanomeccanica nel GHz.
Negli ultimi anni è stato possibile superare le limitazioni dei materiali ordinari attraverso i cosiddetti metamateriali, che consistono in insiemi di piccoli elementi, fabbricati artificialmente con forme particolari, tali che le loro proprietà non sono riscontrabili nei materiali usuali. Alessandro Pitanti e Simone Zanotto del Cnr Nano, in collaborazione con @Giorgio Biasiol dell'Istituto Officina dei Materiali Cnr e l'Istituto Paul Drude, hanno ingegnerizzato un nuovo metamateriale che mostra un fenomeno non ancora osservato, a cui è stato dato il nome di rifrazione negativa asimmetrica.
Quando entrano in metamateriali specificamente strutturati, i fasci e le onde luminose subiscono una rifrazione negativa. Tuttavia, i sistemi di rifrazione negativa attualmente conosciuti sono simmetrici, nel senso che non possono distinguere tra angoli di incidenza positivi e negativi. Nel nuovo lavoro, i ricercatori dimostrano che la simmetria di questa proprietà può essere infranta.
I ricercatori hanno ottenuto questo fenomeno fortemente insolito utilizzando un materiale estremamente semplice: un array di fori a forma di L disposti in un reticolo quadrato e incisi in uno strato di arseniuro di gallio. Il nuovo metamateriale è stato realizzato con tecniche avanzate di nanofabbricazione da Simone Zanotto a partire da materiali sintetizzati da Giorgio Biasiol presso i laboratori del Cnr Iom. È stato poi testato utilizzando onde meccaniche, il cui comportamento esotico è stato previsto da simulazioni eseguite da Alessandro Pitanti. La caratterizzazione sperimentale è stata eseguita in collaborazione con il Paul-Drude-Institut di Berlino.
La possibilità di manipolare le onde meccaniche con i metamateriali fino a frequenze del GHz, finora inesplorata, può avere ricadute tecnologiche in campi come le moderne tecnologie 4G e 5G ed i sistemi emergenti di comunicazione quantistica, e potrebbe costituire una nuova piattaforma per rivelatori termomeccanici nel vicino infrarosso.