Spatial coherence of light inside three dimensional media

07/07/2021

In un esperimento pubblicato il 07 Luglio 2021 sulla rivista Nature Communications, il Ricercatore INRiM Lorenzo Pattelli, insieme a Marco Leonetti, Ricercatore dell'Istituto di Nanotecnologia (CNR-NANOTEC) di Roma, e a Giancarlo Ruocco, coordinatore del Center for Life Nano & Neuro-Science (CLN²S) dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Roma, sono riusciti per la prima volta a misurare la granularità dello speckle e delle sue proprietà polarimetriche negli interstizi nanometrici tra le particelle all’interno di un materiale fortemente diffusivo.

 

Lo studio dello speckle, complesso pattern di interferenza derivante dall’illuminazione di un mezzo disordinato con luce laser, rappresenta un pilastro dell’ottica statistica ed è alla base di una moltitudine di applicazioni che spaziano dalla ricostruzione tridimensionale di una scena, a metodi di crittografia ottica o alla realizzazione di spettroscopi integrati su microchip.

 

Fino ad ora era noto che le proprietà statistiche dello speckle si modificassero man mano che ci si avvicinava alla superficie esterna del materiale che lo generava. Tuttavia, non si sapeva se e come queste proprietà cambiassero ulteriormente quando ci si spostava all’interno del materiale, vista l’impossibilità di portare tecniche di microscopia in campo vicino all’interno del mezzo senza distruggerlo o perturbarne la struttura.

 

Per raggiungere questo obiettivo, inserito nel contesto del Progetto Premiale MIUR “Volume Photography”, i ricercatori hanno infiltrato all’interno del materiale delle nanosonde costituite da filamenti di DNA di lunghezza nota dell’ordine delle decine di nanometri, decorati alle estremità con emettitori fluorescenti. Dallo studio delle fluttuazioni di intensità emessa dalla coppia di emettitori posti a distanza controllata, è stato dunque possibile risalire alle proprietà dello speckle circostante.

 

I risultati di questo studio, frutto di una collaborazione tra INRiM, il Dipartimento di Fisica dell’Università di Firenze, il Dipartimento di Fisica dell’Università “La Sapienza” di Roma, il Center for Life Nano & Neuro-Science (CLN²S) dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Roma, l’Istituto di Nanotecnologia (CNR-NANOTEC) di Roma e l’European Laboratory for Non-linear Spectroscopy (LENS) di Sesto Fiorentino, sono rilevanti non solo dal punto di vista teorico, in quanto forniscono dati utili a verificare la validità delle teorie di ottica statistica in una regione mai osservata prima, ma anche dal punto di vista applicativo, in quanto mostrano l’entità e la risoluzione spaziale che le fluttuazioni di intensità possono raggiungere all’interno di un mezzo nanostrutturato quale ad esempio un sensore o un tessuto biologico, consentendo di immaginare l’impiego di simili nanosonde biocompatibili per segnalare l’insorgenza di alterazioni locali in prossimità delle sonde, in zone altrimenti inaccessibili.

Ultima modifica: 07/07/2021 - 17:27