un nuovo materiale prodotto da juejun hu e dalla sua squadra può essere ripetutamente allungato senza perdere le sue proprietà ottiche. credito: massachusetts institute of technology

i ricercatori di Mit e molte altre istituzioni hanno sviluppato un metodo per realizzare dispositivi fotonici - simili ai dispositivi elettronici ma basati sulla luce piuttosto che sull'elettricità - che possono piegarsi e allungarsi senza danni. i dispositivi potrebbero trovare usi nei cavi per collegare i dispositivi informatici o in sistemi diagnostici e di monitoraggio che potrebbero essere collegati alla pelle o impiantati nel corpo, flettendo facilmente con il tessuto naturale.

i risultati, che comportano l'uso di un tipo specializzato di vetro chiamato calcogenuro, sono descritti in due documenti dal professore associato di juejun hu e più di una dozzina di altri a mit, l'università della Florida centrale e le università in Cina e Francia. il documento è in programma per la pubblicazione presto in luce: scienza e applicazioni.

hu, chi è il merton c. Flemings, professore associato di scienza dei materiali e ingegneria, afferma che molte persone sono interessate alla possibilità di tecnologie ottiche che possono allungarsi e piegarsi, specialmente per applicazioni come dispositivi di monitoraggio montati sulla pelle che potrebbero rilevare direttamente i segnali ottici. tali dispositivi potrebbero, ad esempio, rilevare simultaneamente la frequenza cardiaca, i livelli di ossigeno nel sangue e persino la pressione sanguigna.

i dispositivi fotonici elaborano direttamente fasci di luce utilizzando sistemi di LED, lenti e specchi fabbricati con gli stessi tipi di processi utilizzati per produrre microchip elettronici. l'uso di fasci di luce piuttosto che un flusso di elettroni può avere vantaggi per molte applicazioni; se i dati originali sono basati sulla luce, ad esempio, l'elaborazione ottica evita la necessità di un processo di conversione.

ma i dispositivi fotonici più attuali sono fabbricati da materiali rigidi su substrati rigidi, dice, e quindi hanno un \"disallineamento intrinseco\" per applicazioni che \"dovrebbero essere morbide come la pelle umana\". Ma la maggior parte dei materiali morbidi, compresa la maggior parte dei polimeri, ha un basso potere rifrattivo indice, che porta ad una scarsa capacità di confinare un raggio di luce.

invece di usare materiali così flessibili, hu e il suo team hanno adottato un approccio nuovo: hanno formato il materiale rigido, in questo caso uno strato sottile di un tipo di vetro chiamato calcogenuro, in una spirale simile a una molla. proprio come l'acciaio può essere fatto per allungare e piegarsi quando formato in una molla, l'architettura di questa bobina di vetro gli consente di allungarsi e piegarsi liberamente mantenendo le sue proprietà ottiche desiderate.

una visione della configurazione del laboratorio che è stata utilizzata per testare i nuovi materiali, dimostrando che potevano essere allungati e flessi senza perdere la capacità di confinare i fasci di luce ed eseguire l'elaborazione fotonica. credito: massachusetts institute of technology

\"Si finisce con qualcosa di flessibile come la gomma, che può piegarsi e allungarsi, e ha ancora un alto indice di rifrazione ed è molto trasparente\", dice. test hanno dimostrato che tali configurazioni a molla, realizzate direttamente su un substrato polimerico, possono subire migliaia di cicli di allungamento senza degradazione rilevabile nelle loro prestazioni ottiche. il team ha prodotto una varietà di componenti fotonici, interconnessi dalle flessibili guide a molla, tutte in una matrice di resina epossidica, che è stata resa più rigida vicino ai componenti ottici e più flessibile attorno alle guide d'onda.

altri tipi di fotonica estensibile sono stati realizzati incorporando nanorods di un materiale più rigido in una base polimerica, ma quelli richiedono passaggi di produzione aggiuntivi e non sono compatibili con i sistemi fotonici esistenti, hu dice.

tali circuiti fotonici flessibili ed estensibili potrebbero anche essere utili per le applicazioni in cui i dispositivi devono conformarsi alle superfici irregolari di altri materiali, ad esempio negli estensimetri. la tecnologia ottica è molto sensibile allo sforzo, secondo hu, e potrebbe rilevare deformazioni inferiori a un centesimo dell'1%.

questa ricerca è ancora in fase iniziale; Il team di hu ha dimostrato finora solo dispositivi singoli alla volta. \"Perché sia ​​utile, dobbiamo dimostrare tutti i componenti integrati su un singolo dispositivo\", dice. è in corso il lavoro per sviluppare la tecnologia fino a quel punto in modo che possa essere applicata commercialmente, il che potrebbe richiedere altri due o tre anni.

in un altro articolo pubblicato la scorsa settimana sulla fotonica naturale, hu ei suoi collaboratori hanno anche sviluppato un nuovo modo di integrare gli strati di fotonica, fatti di vetro calcogenuro e materiali bidimensionali come il grafene, con circuiti fotonici convenzionali a semiconduttore. i metodi esistenti per l'integrazione di tali materiali richiedono che siano realizzati su una superficie e quindi staccati e trasferiti al wafer di semiconduttore, il che aggiunge una notevole complessità al processo. il nuovo processo consente invece di fabbricare gli strati direttamente sulla superficie del semiconduttore, a temperatura ambiente, consentendo una fabbricazione semplificata e un allineamento più preciso.

il processo può anche utilizzare il materiale calcogenuro come \"strato di passivazione\" per proteggere i materiali 2-d dalla degradazione causata dall'umidità ambientale e come mezzo per controllare le caratteristiche optoelettroniche dei materiali 2-d. il metodo è generico e potrebbe essere esteso ad altri materiali emergenti 2-d oltre al grafene, per espandere e accelerare la loro integrazione con i circuiti fotonici, hu dice.

fonte: Phys

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