Il meccanismo di fotorivelazione che rende particolarmente performanti i fotorivelatori fabbricati è legato all’eccitazione collettiva degli elettroni (plasmone) in un materiale bidimensionale a base di fosforo (fosforene), che costituisce il canale del nanodispositivo. Il plasmone nel THz, alla base del funzionamento del fotorivelatore, è stato osservato per la prima volta nel Dipartimento di Fisica dell’Unical.
Il THz si trova nella regione dello spettro elettromagnetico compresa tra le microonde e l’infrarosso. La radiazione THz non ha conseguenze per gli esseri umani, al contrario dei raggi X, e può attraversare i vestiti, la carta, il cartone, il legno, il cemento, la plastica e la ceramica, mentre non può attraversare lòacqua e i metalli. L’utilizzo tecnologico della radiazione THz ha anche bassi costi. Dunque, la radiazione THz è particolarmente appropriata per lo sviluppo di una nuova generazione di body scanner sicuri e senza conseguenze per la salute e per applicazioni biomedicali, come la diagnosi precoce di tumori subcutanei e carie, superando e rimpiazzando di fatto la tecnologia legata ai raggi X in molti campi. I nostri fotorivelatori nel THz si possono anche utilizzare per il monitoraggio ambientale e per la rivelazione di narcotici ed esplosivi.
La radiazione THz costituisce una grande sfida tecnologica, in cui l’Italia ha un ruolo da protagonista. La ricerca punta ad un miglioramento delle sorgenti di radiazione e dei fotorivelatori. Ciò comporta la necessità di una collaborazione internazionale. I fotorivelatori sono stati fabbricati nel centro di nanofabbricazione della Scuola Normale Superiore, presso l’istituto CNR-Nano, e sono stati testati con la sorgente di radiazione THz presente a Montpellier, in Francia. Tutto questo è stato possibile grazie alle straordinarie proprietà del fosforene, che, al contrario del grafene, ha una banda energetica proibita.
L'Unical è al centro delle attività di ricerca italiane sul fosforene, un materiale bidimensionale “beyond graphene” con maggiori prospettive applicative rispetto al grafene.
Recentemente, in collaborazione con il Laboratorio “Beyond Nano” del CNR-IMM di Catania, due ricercatori del nostro dipartimento hanno partecipato all’esperimento che ha portato a visualizzare a risoluzione atomica il reticolo del fosforene con la microscopia elettronica in trasmissione (TEM) per la prima volta. Lo studio TEM ha anche aperto numerose possibilità, tuttora in fase di studio.