I “metamateriali” sono dei nuovi composti che hanno proprietà fisiche inverse rispetto a quelle dei materiali ordinari. Per esempio, una comune lente fatta di “metamateriale” disperde un raggio di luce che la attraversa invece di concentrarlo in un unico punto. Anche altri fenomeni fisici - l'effetto Doppler, la legge di Snell o la “regola della mano destra” - appaiono esattamente al contrario.

La possibilità di creare in laboratorio materiali con queste singolari caratteristiche era stata ipotizzata nel 1968 dal fisico russo Victor Veselago. Finora, però, gli scienziati non ci erano riusciti. Nel 2000, uno studio a cura di Sheldon Schulz e David Smith, pubblicato su Physical Review Letters, ha aperto le porte alla nuova disciplina nello studio dei materiali.

Credit: "Multiscale patterning of plasmonic metamaterials", Joel Henzie, Min Hyung Lee and Teri W. Odom, Nature Nanotechnology 2, 549 - 554 2007

Usando una tecnica innovativa ed economica, per realizzare nanomateriali con particolari proprietà ottiche di alta qualità e su larga scala, ciamata “Soft Interference Lithography” (SIL), messa a punto da Teri Odom e colleghi della Northwestern University (USA), è stato creato recentemente un metamateriale “plasmonico”, ovvero un materiale le cui proprietà fisiche dipendono dalla forma e dalla struttura invece che dalla sola composizione (il metodo è stato descritto su Nature Nanotechnology). Due esempi di questo tipo di materiale si trovano in natura e sono le piume dei pavoni e le ali delle farfalle: il loro colore iridescente dipende dalle variazioni strutturali a centinaia di livelli nanometrici, per cui la luce viene riflessa e assorbita in molti modi diversi. I ricercatori statunitensi hanno ottenuto una pellicola d’oro con serie virtualmente infinite di perforazioni di 100 nanometri di diametro (500-1000 volte più piccole di un capello umano).

I metamateriali ottenuti presentano delle interessanti proprietà ottiche, che possono essere modificate semplicemente cambiando la geometria degli schemi delle perforazioni, invece che costruendo ogni volta un materiale diverso. Per i ricercatori, questa peculiarità rende i metamateriali plasmonici potenzialmente superiori ai sensori ottici attualmente in uso. La tecnica SIL potrà essere usata per scalare i processi nanomanufatturieri e produrre metamateriali plasmonici e nanodispositivi in grandi quantità.

Credit: Keith Drake

Un gruppo di ricerca dell'Università di Pricenton, nel New Jersey, guidato dal laureando in ingegneria Anthony Hoffman, ha scoperto invece un metamateriale che rifrange le radiazioni elettromagnetiche in senso inverso rispetto agli altri: la proprietà peculiare della rifrazione del metamateriale è quella di essere negativa, quindi contraria a quella normalmente conosciuta. Lo studio è parte di un progetto chiamato “MIRTHE” (Mid-Infrared Technologies for Health and the Environment), volto allo sviluppo di tecnologie nel medio- infrarosso per la salute e l'ambiente, che punta tutto proprio sui metamateriali, nel caso specifico per manipolare la luce in modalità non attuabili con la normale materia.

Produrre il metamateriale, secondo il gruppo di ricerca, sarà relativamente semplice e offrirà molte nuove possibilità: la rifrazione negativa servirà a sviluppare nuovi tipi di lenti, in grado di compensare le aberrazioni prodotte da quelle tradizionali. Secondo il gruppo di ricercatori, ciò significherà produrre telescopi in grado di vedere molto più lontano e microscopi in grado di spingersi al di sotto del livello atomico-molecolare.

Inoltre, essendo il metamateriale attivo anche nella zona infrarossa, potrà essere utilizzato in molti sensori e applicazioni di telecomunicazioni. Nell'ambito del progetto MIRTHE, di cui è responsabile Claire Gmachl, professore di Ingegneria Elettrica, si stanno sviluppando sensori che misurano la quantità delle tracce di determinati gas, sia nell'atmosfera che nella respirazione umana. Tali sensori utilizzano, per la parte analitica, anche dei laser a infrarossi. L'adozione delle nuove lenti potrà essere utilizzata per produrre nuovi laser ad infrarossi, più compatti e di qualità più elevata, utili anche nella trasmissione dati.

Data articolo: ottobre 2007
Fonti: ScienceDaily (21 settembre 2007); Punto Informatico (16 ottobre 2007)