Questa tecnologia potrebbe essere applicata allo sviluppo di laser chirurgici e medicali più performanti, a contromisure laser più efficaci per uso militare e a laser più sensibili all'ambiente, come quelli utilizzati per misurare i contaminanti e rilevare la diffusione di agenti chimici nel bioterrorismo. La ricerca del team sarà pubblicata sulla rivista Advanced Materials.
"È diventato un cliché affermare che la fibra ottica sia la pietra angolare dell'era moderna dell'informazione", ha dichiarato Badding. "Queste fibre lunghe e sottili, tre volte più spesse di un capello umano, possono trasmettere più di un terabyte di informazioni al secondo. Tuttavia, c'è sempre spazio per migliorare la tecnologia esistente". Badding ha spiegato che la tecnologia della fibra ottica è sempre stata limitata dall'utilizzo di un nucleo di vetro. "Il vetro ha una disposizione casuale degli atomi", ha affermato Badding. "Al contrario, una sostanza cristallina come il seleniuro di zinco è altamente ordinata. Ciò consente alla luce di essere trasportata a lunghezze d'onda maggiori, soprattutto nel medio infrarosso".
A differenza del cristallo di silice, tradizionalmente utilizzato nelle fibre ottiche, il seleniuro di zinco è un composto semiconduttore. "Sappiamo da tempo che il seleniuro di zinco è un composto utile, in grado di manipolare la luce in modi che la silice non può", ha affermato Badding. "La difficoltà consisteva nell'inserire questo composto in una struttura fibrosa, cosa che non era mai stata fatta prima". Utilizzando una nuova tecnica di deposizione chimica ad alta pressione sviluppata da Justin Sparks, uno studente laureato del Dipartimento di Chimica, Badding e il suo team hanno depositato nuclei guida di seleniuro di zinco all'interno di capillari di cristallo di silice per formare la nuova classe di fibre ottiche. "La deposizione ad alta pressione è l'unico metodo che consente la formazione di nuclei di fibra di seleniuro di zinco così lunghi e sottili in uno spazio così ristretto", ha spiegato Badding.
Gli scienziati hanno scoperto che le fibre ottiche di seleniuro di zinco potrebbero essere utili in due modi. In primo luogo, è stato osservato che le nuove fibre sono più efficienti nella conversione della luce da un colore all'altro. "Quando si utilizzano fibre ottiche tradizionali per campioni, display e opere d'arte, non è sempre possibile ottenere i colori desiderati", ha spiegato Badding. "Il seleniuro di zinco, attraverso un processo chiamato conversione di frequenza non lineare, è in grado di modificare i colori con maggiore precisione."
In secondo luogo, come previsto da Badding e dal suo team, hanno scoperto che la nuova classe di fibre offre maggiore flessibilità non solo nello spettro visibile, ma anche nell'infrarosso. L'attuale tecnologia delle fibre ottiche non è efficiente nella trasmissione della luce infrarossa. Tuttavia, le fibre ottiche in seleniuro di zinco sviluppate dal team di Badding sono in grado di trasmettere lunghezze d'onda più lunghe della luce infrarossa. "Sfruttare queste lunghezze d'onda è molto entusiasmante perché rappresenta un passo avanti verso la produzione di fibre che possono fungere da laser a infrarossi", ha spiegato Badding. "Ad esempio, l'esercito utilizza attualmente la tecnologia laser-radar in grado di gestire il vicino infrarosso, ovvero una gamma da 2 a 2,5 µm. Un dispositivo in grado di gestire il medio infrarosso, ovvero l'intera gamma di 5 µm, sarebbe più preciso. Le fibre che abbiamo creato possono trasmettere lunghezze d'onda fino a 15 µm.".
Badding ha inoltre spiegato che il rilevamento di inquinanti e tossine ambientali potrebbe rappresentare un'ulteriore applicazione della tecnologia laser-radar migliorata, in grado di interagire con la luce a lunghezze d'onda maggiori.
Badding ha inoltre menzionato che la fibra ottica in seleniuro di zinco potrebbe aprire nuove prospettive di ricerca per migliorare le tecniche chirurgiche assistite dal laser, come ad esempio la chirurgia correttiva oculare.
Oltre a Badding e Sparks, hanno contribuito a questo studio anche Rongrui He del Dipartimento di Chimica e Materiali del Penn State Research Institute; Mahesh Krishnamurthi e Venkatraman Gopalan del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali e del Materials Research Institute della Penn State; e Pier J.A. Sazio, Anna C. Peacock e Noel Healy dell'Optoelectronics Research Centre dell'Università di Southampton. Il supporto tecnico per questa ricerca è stato fornito dall'Engineering and Physical Sciences Research Council, dalla National Science Foundation e dal Materials Science and Research Center della Pennsylvania State University.
