Plasmonica nanoantenne per trasmettere e ricevere la luce

Plasmonica: nano-antenne per trasmettere e ricevere la luce Marco Finazzi, Dipartimento di Fisica

“There’s plenty of room at the bottom” 2 “…è possibile, per esempio, emettere luce da un insieme di antenne, così come emettiamo le onde radio per indirizzare i programmi radio verso l’Europa? ” (Richard Feynman, 1959)

Richard P. Feynmann (1918 -1988) 3 • Ph. D a Princerton (1942) • Progetto Manhattan • Cornell University (1945 -1950) • Caltech (1950 -1988) • Elettrodinamica quantistica • Interazione debole • Superfluidità nell’elio Premio Nobel Fisica (1965) Commissione sul disastro del Challanger (1986)

“There’s plenty of room at the bottom” 4 “…è possibile, per esempio, emettere luce da un insieme di antenne, così come emettiamo le onde radio per indirizzare i programmi radio verso l’Europa? ” (Richard Feynman, 1959)

La radiazione elettromagnetica Frequenza ( ) lunghezza d’onda ( ) 5 = c -1

Dimensioni e lunghezza d’onda 6 d = 1. 2 nm Principio di indeterminazione x vx 2 h E x d vx E ½ -½ Indaco (blue jeans) d 2 blu = 400 nm >> d d E = h -1 h = Costante di Planck

La radiazione elettromagnetica Frequenza ( ) lunghezza d’onda ( ) 7 = c -1

Perché le antenne? Onda radio TV digitale terrestre 1 m 8 Decoder d 1 cm

Perché le antenne? 9

Guglielmo Marconi: l’inventore delle antenne Guglielmo Marconi (Bologna 1874 – Roma 1937) 10

Antenne, antenne… 11

12 Come funziona un’antenna? Effetto punta Onda stazionaria (risonanza) + Le punte di metalli carichi elettricamente producono campi molto intensi parafulmine Gli elettroni in un metallo si comportano come un fluido viscoso detto plasma Plasmonica

Lunghezza d’onda (nm) …antenne per la luce? Dimensioni (nm) 13

Sensori ottici ipersensibili 14

Nuove proprietà ottiche Nanoparticelle di oro 15

Come si fabbrica una nanoantenna? Costruzione «dall’alto» (top-down) • Litografia • Nanolavorazione 16

Diverse geometrie Antenna dipolare (campi intensi nella gap) 17 Antenna Yagi-Uda (direzionale) Antenna a croce (conserva la polarizzazione)

Come si fabbrica una nanoantenna? 18 Costruzione «dal basso» (bottom-up) • • Nanoparticelle di oro Chimica Auto-organizzazione

Le nanoantenne nella storia dell’arte 19 Nanoparticelle di argento e oro La coppa di Licurgo (IV secolo): nanotecnologia romana

Le nanoantenne nella storia dell’arte 20 Colore rosso ottenuto mediante nanoparticelle di rame Cattedrale di Colonia: vetrate medioevali (XIV secolo)

Le nanoantenne nella storia dell’arte 21 Colore verde ottenuto mediante nanoparticelle di argento Chiesa dell’Ordine Francescano, Esslingen: vetrate medioevali (XIV secolo)

Michael Faraday (1791 -1867) 22 Per primo capì il collegamento tra il colore rosso dei vetri e le nanoparticelle di oro, dopo averne create accidentalmente mentre trasferiva sottili lamine di oro su un vetrino da microscopio. Soluzioni originali di nanoparticelle create da Faraday (Royal Institution, UK)

Le nanoantenne e le celle solari 23 Verso celle solari: - Più sottili - Di materiali più economici ma meno efficienti del silicio Necessità di amplificarne la capacità di assorbire la radiazione solare Diffusione e intrappolamento della luce Concentrazione dell’intensità luminosa

Le nanoantenne e la cura dei tumori Nanoparticelle 24 Luce Zona irradiata Macrofagi (vettori) Tumore Cellule non irradiate Cellule irradiate Ablazione termica tumorale Macrofagi 50 mm

E per finire… il mantello dell’invisibilità! 25 Normale Invisibile «Mantello»

La laurea in Ingegneria Fisica 26