"Hanno ribaltato un principio fisico ritenuto valido da secoli"

Ci è stato sempre stato insegnato

che non può accadere.

(traduzione di un articolo pubblicato un paio d'anni fa sul giornale dell'Università del Michighan: 

http://michigantoday.umich.edu/2011/04/story.php?id=7980#.Ub-Lb_Z5x5_

)

Ricercatori dell'Università del Michigan hanno scoperto un sensazionale e sorprendente effetto "magnetico" della luce, che potrebbe permettere di ottenere energia dal sole senza utilizzare i tradizionali pannelli solari basati su semiconduttori.

William Fisher, uno studente che si sta specializzando in fisica applicata, 

mentre lavora alla ricerca sul magnetismo indotto da laser.

Stephen Rand, professore nelle facoltà di Ingegneria Elettrica e Informatica, Fisica e Fisica Applicata, ha spiegato che alcuni ricercatori hanno trovato un sistema per realizzare una sorta di "batteria ottica."

Per farlo hanno ribaltato un principio fisico ritenuto valido da secoli.

"Potremmo perdere giornate intere ad analizzare le equazioni del moto e questa possibilità continuerebbe a sfuggirci. Ci è stato sempre stato detto che non può accadere" dichiara Rand, autore di un articolo sull'argomento pubblicato sul Journal of Applied Physics. "Si tratta di un'interazione molto strana. È per questo che è stata trascurata per più di 100 anni.”

La luce possiede una componente elettrica e una magnetica. Finora gli scienziati avevano ritenuto che gli effetti del campo magnetico fossero così deboli da poter essere trascurati. Rand e i suoi colleghi hanno scoperto che quando la luce attraversa con una particolare intensità un materiale isolante, il suo campo è in grado di generare effetti magnetici 100 milioni di volte più forti di quanto previsto. Tali effetti magnetici hanno grandezze confrontabili a quelle di forti fenomeni elettrici.

Rand sostiene che "questo potrebbe condurre allo sviluppo di un nuovo tipo di pannello solare privo di semiconduttori e che non richiede assorbimento per la separazione delle cariche". "Nei pannelli solari la luce colpisce un materiale che, assorbendola, si riscalda. Riteniamo che nel fenomeno che abbiamo scoperto questo riscaldamento sia molto ridotto: infatti la luce non viene assorbita, in quanto la sua energia viene convertita in momento magnetico. Una raggio di luce molto intenso può indurre una magnetizzazione molto elevata e da ciò segue, in ultima analisi, che tale raggio è in grado di fornire una alimentazione capacitiva."

William Fisher, specializzando in fisica applicata, spiega che ciò che rende possibile tale fenomeno è un tipo particolare di "rettificazione ottica", finora sconosciuta. Nei fenomeni di rettificazione ottica noti, il campo elettrico associato alla luce provoca in certi materiali delle separazioni di carica, cioè dei fenomeni di separazione delle cariche positive dalle cariche negative. Fino ad oggi tale effetto era stata osservato solo in materiali cristallini dotati di una particolare simmetria, in cui un raggio di luce genera una tensione elettrica analoga a quella di una batteria.

Rand e Fisher hanno scoperto che in determinate circostanze e con materiali diversi, anche la componente magnetica del campo può creare effetti di rettificazione ottica.

Fisher spiega che "è stato accertato che il campo magnetico curva le traiettorie degli elettroni in forma di C e le trasla in avanti un po' alla volta". "Questo moto delle cariche a forma di C genera sia un dipolo elettrico sia un dipolo magnetico. Se molti di questi dipoli potessero essere assemblati in una singola riga così da formare una specie di lunga "fibra", otterremmo tensioni enormi che potrebbero essere usate come fonte di energia."

Per provocare questo effetto, i raggi luminosi devono attraversare un materiale che non conduce elettricità, come il vetro, e avere intensità dell'ordine di 10 milioni di watt per centimetro quadrato. Ovviamente la luce solare non raggiunge questi valori, ma - secondo Fischer - la ricerca potrebbe individuare nuovi materiali in grado di funzionare anche a bassa intensità.

Fisher continua dicendo che "nel nostro ultimo studio siamo riusciti a dimostrare che, in teoria, la luce incoerente come quella solare è efficace quasi quanto la luce laser nel produrre separazioni di carica."

I ricercatori ritengono che questa nuova tecnica possa rendere più economica l'energia solare. Infatti con materiali ottimizzati l'efficienza nella conversione da energia solare a energia utilizzabile potrebbe raggiungere il 10 per cento, sarebbe cioè equivalente all'attuale livello d'efficienza dei pannelli solari di tipo commerciale.

Secondo Fisher "per i moderni pannelli solari è necessario produrre semiconduttori molto avanzati", "mentre nel nostro caso sarebbero necessarie solo lenti per concentrare la luce e fibre per guidarla. Sia le lenti che le fibre possono essere realizzate in vetro. Si tratta di componenti standard disponibili industrialmente e che non richiedono lavorazioni sofisticate. Le ceramiche trasparenti potrebbe funzionare anche meglio."

Nel corso della prossima estate gli studiosi cercheranno di mettere a punto lo sfruttamento di questa tecnica utilizzando prima luce laser e poi luce solare.

Il titolo dell'articolo è "Optically-induced charge separation and terahertz emission in unbiased dielectrics" [Separazione di cariche indotta per via ottica ed emissione terahertz in dielettrici neutri]. L'università ne sta brevettando la proprietà intellettuale.

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