La magia dell’attività ottica non lineare intensificata

L’ottica non lineare fa uso di mezzi che rispondono in modo non lineare alla radiazione elettromagnetica incidentale, modificandone la lunghezza d’onda (e la frequenza) e quindi il colore. Effetti ottici non lineari di importanza industriale includono la diffusione Raman, l’assorbimento bifotonico e un’elevata generazione armonica.

Recentemente, è stato dimostrato che materiali compositi costituiti da polimeri attentamente progettati e nano particelle metalliche producono attività ottica non lineare migliore di ordini di grandezza rispetto ai materiali convenzionali. Il progetto COMPONLO (“Polymer / metal nanoparticles composites with enhanced non-linear optical properties”), finanziato dall’UE, è stato lanciato al fine di condurre una valutazione sistematica di tali materiali.

Gli scienziati hanno scelto due sistemi di co-polimeri con diverse temperature di transizione vetrosa, una delle proprietà più importanti dei materiali epossidici. La temperatura di transizione vetrosa è un intervallo di temperature alle quali il polimero effettua la transizione da fragile e simile a vetro a soffice e gommoso. Entrambi i sistemi di co-polimeri sono stati sintetizzati con e senza nanoparticelle d’oro (Au).

I ricercatori hanno utilizzato una tecnica denominata in inglese “corona poling” per valutare l’induzione o l’aumento delle proprietà ottiche non lineari. Il corona poling allinea le molecole in una pellicola polimerica o in un polimero in modo che il suo indice di rifrazione cambi quando è soggetto a un campo elettrico esterno.

I ricercatori hanno scoperto che i polimeri nella famiglia delle temperature di transizione più basse mostravano un comportamento ottico non lineare (generazione armonica di seconda o SHG) anche prima del corona poling. Il corona poling diminuiva temporaneamente il segnale, che veniva però recuperato dopo l’invecchiamento a temperatura ambiente. Le nanoparticelle in oro aumentavano in modo significativo la SHG rispetto a quella dei polimeri puri.

I co-polimeri puri nella famiglia delle temperature di transizione più elevate hanno mostrato proprietà ottiche non lineari solo dopo il poling. L’aggiunta di nanoparticelle in oro ha indotto le non linearità anche senza il poling ma ha ridotto il segnale SHG successivo rispetto a quello dei co-polimeri puri, indipendentemente dal contenuto di Au. È possibile che le nanoparticelle in oro blocchino un ulteriore allineamento molecolare dopo il poling, essenzialmente bloccando la configurazione macromolecolare. Inoltre, le strutture di nano bastoncini o nanogusci in oro interferiscono con lo sviluppo dell’attività ottica non lineare, probabilmente a causa della distribuzione della luce prodotta da SHG da particelle auree sovradimensionate.

I risultati di COMPONLO sono tra i primi che caratterizzano in modo sistematico una nuova classe promettente di materiali con attività ottica non lineare migliorata. Pongono le basi per lo sfruttamento dei fenomeni in interessanti nuovi dispositivi.