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Luce dal silicio

Due scienziati italiani hanno scoperto come ricavare
un potente laser dall'umile componente della sabbia

di Rino Di Stefano

(Il Giornale, Giovedì 8 Febbraio 2001)

da Genova

Un satellite in orbita intorno alla TerraEra una decina d'anni che scienziati di mezzo mondo provavano a risolvere il problema del laser al silicio, ma nessuno ci era mai riuscito. Il perché è presto spiegato: dimostrare che il silicio, e cioè l'umile componente della sabbia che costituisce il 95 per cento della componentistica elettronica, è in grado di amplificare la luce, significa dare una svolta epocale all'attuale tecnologia. Vuol dire che potremo lavorare su computer da tavolo che in uno spessore di 2-3 millimetri potranno contenere, insieme, monitor e processori trenta volte più potenti del Pentium IV della Intel, oggi il massimo disponibile. Vuole dire che i telefoni cellulari saranno ancora più piccoli e funzionali e, per esempio, potranno essere utilizzati per la comunicazione satellitare così come oggi usiamo un normale Gsm. Vuole dire, ed è questo il punto focale, che i componenti elettronici non comunicheranno più tra loro con impulsi elettrici ma tramite precisi e invisibili raggi di luce. Insomma, scoprire come si può realizzare un laser al silicio è davvero una scoperta da Nobel, una scoperta che cambierà il mondo.
A firmare questo eccezionale avvenimento scientifico che sta suscitando l'interesse delle multinazionali, sono stati due giovani professori di fisica che un paio d'anni fa decisero di collaborare per raggiungere l'ambito risultato: Lorenzo Pavesi dell'Università di Trento e Francesco Priolo dell'Università di Catania. Entrambi 39enni, nati a otto giorni di Il professor Francesco Priolo, fisico della materia a Catania, nel suo laboratoriodistanza l'uno dall'altro, i due docenti hanno costituito un vero è proprio asse operativo nord-sud e sono riusciti a dimostrare che un raggio di luce passa attraverso micropalline di silicio uscendone notevolmente amplificato.
"Prima di tutto bisogna comprendere che il silicio non può emettere luce - spiega il professor Priolo, che in questi giorni è ospite insieme al collega Pavesi della sede genovese dell'Istituto nazionale per la fisica della materia dove domani si concluderà la tre giorni del secondo congresso scientifico Silicon workshop -; dunque dovevamo preparare il materiale in modo tale che fosse idoneo ai nostri esperimenti. Per ottenerlo abbiamo usato un processo chiamato ‘impiantazione ionica' che permette di sparare un fascio di atomi di silicio su una matrice di quarzo. In questo modo il materiale si riscalda e le particelle rimaste sulla matrice sono costrette ad agglomerarsi in o Pavesi del dipartimento di fisica dell'Università di Trentomicroscopiche palme delle dimensioni dì alcuni nanometri. In quest'ordine di grandezza la fisica classica lascia il posto a quella quantistica, ed è quello che volevamo".
Il materiale così ottenuto all'Università di Catania è stato quindi inviato a Trento dove il professor Pavesi l'ha sottoposto alle prove di rifrazione.
"In tutti gli esperimenti precedenti si era visto che il silicio ha sempre assorbito la luce - osserva lo scienziato trentino - . Trattato in questo modo, invece, ci siamo accorti che la luce non solo veniva riflessa, ma il fascio luminoso aumentava anche d'intensità. Insomma, c'eravamo riusciti. Anche se il nostro, intendiamoci, è solo il primo passo. Un laser, infatti, è costituito da tre elementi: il mezzo attivo, il sistema di pompaggio e la cavità risonante. I problemi che restano da risolvere sono questiIl chip, una piccola pastrina di silicio sulla quale è inciso un circuito elettronico ultimi due. Prima di tutto occorrerà individuare il tipo di ‘pompaggio' idoneo, e cioè l'energia esterna che sia in grado di attivare gli atomi di silicio. La seconda difficoltà da superare consiste invece nel costruire quella che definiamo ‘cavità risonantè, cioè il contenitore adatto al silicio in cui si genera il laser. Solo in questo modo la luce riflessa dal silicio potrà essere potenziata fino a dare origine a un raggio laser".
Per comprendere appieno l'importanza della scoperta dei due scienziati italiani, torniamo per un attimo al nostro computer da tavolo. Lo strumento che usiamo tutti i giorni per lavorare o per divertimento, è diviso essenzialmente in due settori: la prima è la parte logica, cioè il processore con tutti i suoi circuiti elettronici e microchip, appunto piastrine di silicio sulle quali operano migliaia di transistor; la seconda è l'elemento optoelettronico che visualizza l'informazione, cioè il monitor. Queste due componenti fino a oggi sono costituite da materiali diversi: con la scoperta del laser al silicio entrambe potranno essere fatte dello stesso materiale con un forte abbattimento dei costi.
"Facciamo un esempio pratico - suggerisce il professor Pavesi -. Oggi per realizzare un millimetro quadrato di circuito elettronico con il silicio, l'industria spende 0,01 dollari. Lo stesso millimetro quadrato di circuito costruito con materiali diversi dal silicio, costa invece due dollari tondi. Non ci vuole dunque molto a capire perché il silicio, che tra l'altro costituisce il 27 per cento della crosta terrestre, è così ambito".
Dopo i consensi raccolti sulla stampa internazionale (della scoperta hanno parlato l'autorevole Nature e anche il prestigioso New York Times) adesso Priolo e Pavesi stanno contrattando per nuovi finanziamenti che permetteranno dì completare il loro lavoro con la realizzazione di un laser al silicio.
L'eco dell'avvenimento comunque sta facendo sentire i primi effetti sull'intero settore. Come spiega Marco Fanciulli, anche lui 39enne, una laurea in Ingegneria nucleare al Politecnico di Torino e un Ph.D. alla Boston University, direttore del laboratorio di Agrate Brianza presso la sede di St microelectronics e responsabile del Silicon workshop genovese, molti giovani cominciano a interessarsi di più alla ricerca. «Le aziende ne cercano ma non ne trovano - sostiene -. Se non vogliamo che i pochi che si formano se ne vadano all'estero, bisognerà che in Italia ci si decida a investire di più».

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