Chi fa ricerca lo sa bene, controllare la luce all’interno di un microchip è da sempre un’ardua sfida: le imperfezioni del materiale creano riflessi e rimbalzi che influenzano il senso di rotazione della luce, generando rumore. Una battaglia impari, nella quale la ricerca UniTrento segna ora un punto di svolta con l’invenzione di “Drum”, un microrisonatore unificato e dinamicamente riconfigurabile (“Dynamically reconfigurable unified microresonator”). È il risultato del lavoro di un gruppo di ricerca del Laboratorio di Nanoscienze del Dipartimento di Fisica, di cui responsabile è il professor Lorenzo Pavesi, i cui risultati sono stati pubblicati oggi su “Light: science and applications”, rivista scientifica del gruppo Nature.
Firmatari dell’articolo sono Bülent Aslan, Riccardo Franchi, Stefano Biasi, Salamat Ali, Davide Olivieri e lo stesso Lorenzo Pavesi.
Stefano Biasi e Bülent Aslan hanno rispettivamente ideato la struttura del microrisonatore e condotto gli esperimenti. Ricordano che l’ambito è quello dei “circuiti integrati con cui viene manipolata l’informazione luminosa”: ““Drum” è una struttura in un chip grande suppergiù quanto un granello di polvere. Un cerchio che si chiude su sé stesso, in cui la luce gira in senso orario e antiorario”.
Spiegano che il dispositivo interviene sul flusso luminoso, consentendo di ridurre le interferenze legate alle piccole impurità dei materiali e anche di forzare il movimento nella direzione desiderata: “La luce viene deviata da piccole irregolarità presenti nel silicio. La novità del nostro lavoro consiste nell’aver introdotto sull’anello due canali laterali regolabili termicamente, che permettono di compensare questi effetti e di utilizzare la stessa struttura in diverse configurazioni, mantenendo un controllo preciso della luce”. “Si possono così raggiungere due punti — aggiungono —: mantenendo i canali chiusi si può raggiungere il cosiddetto “punto diabolico”, dove si può lavorare in modo perfetto e il segnale scorre senza ostacoli, come si trattasse di un anello ideale. Lasciando uno dei canali aperti, invece, la struttura raggiunge il “punto eccezionale”: in questa configurazione, la luce viene forzata a muoversi in una data direzione”.
“Drum” funziona insomma come una sorta di manopola di sintonizzazione, un controller che supera una delle principali sfide della fotonica. “Un controllo limitato del punto di lavoro era già noto e consolidato nel campo — fanno sapere Biasi e Aslan —. Con questo chip, introduciamo però una riconfigurabilità completa che consente di passare in modo controllato da una condizione operativa all’altra, garantendo un’elevata flessibilità del dispositivo”.
Con il loro prototipo i ricercatori aprono la strada a nuove possibilità. “Ad esempio, nello studio di fenomeni non lineari più complessi — spiegano —. Grazie alla sensibilità e alla controllabilità, possibili applicazioni sono nella sensoristica e nel campo delle memorie controllate per l’hardware neuromorfico. Parliamo nel primo caso del rilevamento di particelle molto piccole, ad esempio in biologia. Pensando al secondo ambito, invece, il chip potrebbe trovare applicazione nel campo dell’intelligenza artificiale. È noto che un anello ottico possa in parte mimare il comportamento di un neurone artificiale. Con “Drum” si offre la possibilità di realizzare un neurone artificiale più simile a quello biologico”.
L’articolo “Coherent control of (non-)Hermitian mode coupling: tunable chirality and exceptional point dynamics in photonic microresonators” è disponibile online su “Light: science and applications” con DOI https://doi.org/10.1038/s41377-025-02176-3
