Costruire elementi ottici su scala nanometrica ha sempre richiesto clean room da milioni di dollari o laser a impulsi femtosecondo difficilmente accessibili. Un gruppo di ricercatori guidati dall'azienda di Dubai XPANCEO, in collaborazione con il premio Nobel Konstantin Novoselov, ha dimostrato che basta un laser a onda continua da laboratorio per modificare permanentemente il trisolfuro di arsenico (As2S3) con una precisione fino a 500 nanometri.
Come il trisolfuro di arsenico reagisce alla luce
Il trisolfuro di arsenico (As2S3) e un semiconduttore cristallino della famiglia dei materiali van der Waals. Esposto a luce UV anche a bassa intensita, il cristallo cambia permanentemente il proprio indice di rifrazione fino a Deltaen pari a 0,3: valore superiore a quello di cristalli fotorifrattivi classici come il titanato di bario (BaTiO3) o il niobato di litio (LiNbO3). Nello stesso processo, il materiale si espande fisicamente fino al 5%, permettendo di ricavare microlenti, reticoli e guide d'onda direttamente dalla superficie, senza processi chimici aggiuntivi.
Il team e diretto da Valentyn Volkov, CTO di XPANCEO, con la collaborazione di Konstantin Novoselov (Universita di Manchester e National University of Singapore, Nobel per la Fisica nel 2010 per la scoperta del grafene). Per dimostrare la risoluzione ottenibile, i ricercatori hanno inciso un ritratto nanometrico di Albert Einstein su un cristallo di As2S3 con un laser verde da 532 nm, usando punti a 700 nanometri di distanza. In una seconda serie di test la risoluzione e scesa a 500 nanometri, pari a circa 50.000 punti per pollice, con un contrasto ottico netto tra le aree scritte e quelle intatte.
Il salto produttivo: laser da laboratorio al posto di clean room
La nanofotonica tradizionale si basa su due percorsi costosi: la litografia in clean room con impianti da milioni di dollari, o l'uso di laser a impulsi femtosecondo, tecnologie complesse e proibitive per la maggior parte dei laboratori. Il trisolfuro di arsenico funziona con un laser a onda continua da 532 nm, disponibile in qualsiasi laboratorio universitario. La differenza non e marginale: significa che startup e gruppi di ricerca con budget ridotti possono fabbricare elementi ottici nanometrici senza accesso a infrastrutture specializzate.
Il mercato della nanofotonica vale 17,8 miliardi di dollari nel 2026 e dovrebbe raggiungere i 39,4 miliardi entro il 2035, con un tasso di crescita annuo del 9,18% secondo stime di settore. I risultati sono stati pubblicati sui Proceedings of the National Academy of Sciences, rivista dell'Accademia Nazionale delle Scienze statunitense. Studi paralleli hanno descritto un blob di luce con proprieta simultaneamente liquide e solide, segnale di una fase attiva nella fisica della luce.
Le applicazioni: da waveguide AR ai nanosensori
La principale applicazione identificata dai ricercatori e la produzione di waveguide ad ampio campo visivo per occhiali smart e lenti a contatto con realta aumentata. La qualita delle waveguide determina quanto nitide sono le immagini AR sovrapposte al campo visivo reale e quanto a lungo dura la batteria del dispositivo. Il mercato degli smart glasses AR vale 24,9 miliardi di dollari nel 2026, secondo analisi di settore.
* Circuiti fotonici: componenti per instradare la luce nelle telecomunicazioni e nel computing ottico, settore in cui il quantum computing studia materiali fotonicamente stabili per i qubit
* Nanosensori: rilevamento di variazioni chimiche o biologiche a scala molecolare, con potenziali applicazioni in diagnostica medica e monitoraggio ambientale
* Etichette anti-contraffazione: le modifiche all'indice di rifrazione creano impronte ottiche uniche difficilmente replicabili, utilizzabili in prodotti di lusso e componenti critici
La ricerca sui materiali funzionali avanza su piu fronti in parallelo: dall'asfalto autoriparante potenziato dall'intelligenza artificiale di Google alle waveguide fotoniche, il filo comune e la capacita di un materiale di rispondere attivamente a stimoli esterni. Per il trisolfuro di arsenico il passo successivo e portare la tecnica fuori dal laboratorio e validarla in condizioni produttive reali: se il processo regge su scala industriale, chi costruira l'ottica del prossimo decennio non sara necessariamente chi ha accesso a una fab da miliardi di dollari.