I fisici rilevano le onde radio con la luce

Il rilevamento di segnali radio deboli è un problema onnipresente nel mondo moderno. Tutto, dall'imaging NMR e la radioastronomia alla navigazione e alla comunicazione, dipende dalla ricezione di segnali radio deboli che sarebbero stati non rilevabili solo pochi decenni fa.

Ecco perché molti gruppi stanno correndo per trovare modi migliori per individuare questi segnali ed elaborarli utilizzando tecniche all'avanguardia.

Oggi, Tolga Bagci dell'Università di Copenhagen in Danimarca e un gruppo di amici mostrano un dispositivo che rileva le onde radio ultra-deboli in un modo completamente nuovo. La loro nuova scatola di trucchi converte le onde radio in segnali luminosi, che possono quindi essere trasmessi e analizzati utilizzando strumenti ottici standard. Il nostro lavoro introduce un approccio completamente nuovo al rilevamento completamente ottico ea bassissimo rumore dei segnali elettronici classici, dicono.

Il nuovo approccio è semplice in linea di principio. Il loro dispositivo è costituito da una sottile membrana di nitruro di silicio ricoperta da uno strato di alluminio a specchio. Questa nanomembrana è sospesa sopra un elettrodo che forma un condensatore che è a sua volta parte di un circuito LC standard che capta le onde radio alla sua frequenza di risonanza.

Quando ciò accade, il circuito risonante fa vibrare la nanomembrana.

Il trucco che Bagci e co hanno tirato fuori è quello di far rimbalzare un raggio laser sulla nanomembrana provocando uno sfasamento ottico che poi misurano utilizzando tecniche ottiche standard.

Il risultato è che la nanomembrana converte le deboli onde radio che raccoglie in segnali ottici.

Questo approccio presenta vantaggi significativi rispetto ai ricevitori radio tradizionali. Il grosso problema con i metodi attuali per rilevare le onde radio deboli è che il rumore generato dal calore può sommergere il segnale. L'unico modo per aggirare questo problema è raffreddare l'apparecchiatura di rilevamento, un processo che aumenta notevolmente la complessità, le dimensioni e il costo del lavoro.

Il grande vantaggio di convertire i segnali radio in una vibrazione meccanica risonante è che l'effetto casuale del calore diventa trascurabile. Questa è la bellezza dei sistemi risonanti. Quindi la luce riflessa rileva il segnale radio con poco rumore che inonda i ricevitori radio convenzionali.

I numeri sono impressionanti. Il nuovo dispositivo ha una sensibilità alla temperatura ambiente di 5 picoVolt per (Hz)^1/2 a una frequenza di 1 Mhz. In altre parole, fa lo stesso lavoro a temperatura ambiente che i fisici potrebbero solo sognare di fare alla temperatura dell'elio liquido.

E questa è solo una prova del dispositivo principale. Ha il potenziale per migliorare ancora con una piccola ottimizzazione

È probabile che ciò abbia un impatto significativo in una serie di aree che si affidano ad amplificatori raffreddati per captare segnali radio deboli. Ad esempio, la risonanza magnetica nucleare si basa sul rilevamento di deboli segnali radio generati da protoni che precedono in un campo magnetico. E i radioastronomi si affidano ad amplificatori raffreddati per captare i segnali radio più deboli nel cosmo. I preamplificatori raffreddati criogenicamente normalmente richiesti potrebbero essere sostituiti dal nostro trasduttore, affermano Bagci e co.

Ciò dovrebbe semplificare notevolmente questo tipo di lavoro. Guardando più avanti, non c'è motivo per cui questo tipo di approccio non possa avere un'applicazione ancora più ampia, magari per le normali comunicazioni telefoniche e per la navigazione. La capacità di rilevare segnali più deboli potrebbe rendere questi dispositivi più piccoli e meno affamati di energia.

E chi non ha bisogno di attrezzi più piccoli e meno affamati di energia?

Rif: arxiv.org/abs/1307.3467 : Rilevamento ottico di onde radio tramite un trasduttore nanomeccanico

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