All’Istituto nanoscienze del Cnr (Cnr Nano) di Pisa è stato realizzato il primo laser a cascata quantica interamente progettato sviluppato e ottimizzato in Italia. Il ‘cuore‘ del laser è composto da oltre 2000 strati di materiale semiconduttore di spessore nanometrico, frutto della collaborazione tra il gruppo di ricerca guidato da Lucia Sorba, esperta nella crescita di nanostrutture, e il team di Miriam Serena Vitiello, esperta nello sviluppo di dispositivi a frequenze terahertz.
I laser a cascata quantica
I laser a cascata quantica, si spiega dal Cnr, sono “innovativi per la loro compattezza, efficienza e versatilità. Emettono radiazione a lunghezze d’onda nel lontano infrarosso con estrema precisione, per questo hanno potenzialità uniche nel rilevamento di gas e altre molecole con applicazioni nel monitoraggio ambientale, nel controllo dei processi industriali, nella diagnostica medica”. Una tecnologia all’avanguardia che richiede “una complessa progettazione e assemblaggio su scala nanometrica, con materiali quantistici costruiti su misura“.
“In natura, semiconduttori idonei per laser a lontano infrarosso semplicemente non esistono, e occorre creare materiali artificiali“, spiega Vitiello. Per affrontare questa sfida tecnologica le ricercatrici hanno sfruttato le tecnologie più avanzate per la crescita ultraprecisa di materiali semiconduttori. In particolare la sofisticata tecnica dell’epitassia da fascio molecolare installata a Cnr Nano, all’interno del laboratorio Nest della Scuola Normale Superiore, nell’ambito dell’infrastruttura di ricerca Pascqua del Cnr.
“La strumentazione Mbe e le tecnologie avanzate di progettazione quantistica e di nanofabbricazione presenti nei nostri laboratori, ci permettono di controllare con estrema precisione lo spessore e la composizione di ogni singolo strato di materiale e di costruire un semiconduttore con un numero di strati compreso tra 1000 e 2000“, spiega Vitiello.
Il materiale è stato quindi ingegnerizzato in una laser a cascata quantica che emette nel lontano infrarosso, ovvero alle frequenze terahertz. L’intero complesso di tecnologie ottimizzate per ottenere questi dispositivi, è unico in Italia.
