Federico Capasso, chi è il fisico italiano candidato al premio Nobel

Federico Capasso, eminente fisico italiano docente all’Università di Harvard, ha ricevuto un importante riconoscimento come uno dei Clarivate Citation Laureates del 2023. Questo riconoscimento è spesso precursore del premio Nobel ed è conferito a soli 23 ricercatori il cui lavoro scientifico è tra i più citati e influenti a livello mondiale. Due anni fa lo stesso riconoscimento è stato assegnato al fisico Giorgio Parisi, che in seguito ha ricevuto il Nobel per la Fisica.

La carriera di Federico Capasso

Federico Capasso è nato a Roma nel 1949 ed è diventato cittadino statunitense nel 1992. Ha conseguito la laurea in Fisica nel 1973 con lode presso l’Università di Roma “La Sapienza”. Dopo alcuni anni di ricerca presso la Fondazione Bordoni, nel 1976 è entrato a far parte dei Bell Laboratories, situati nel New Jersey, negli Stati Uniti. Questo ambiente di ricerca di alto livello ha fornito a Capasso l’opportunità di lavorare su progetti all’avanguardia e collaborare con alcuni dei migliori scienziati e ingegneri del mondo. Durante il suo periodo ai Bell Laboratories, ha compiuto importanti progressi nel campo dell’ottica e dei laser.

La sua menzione nella lista annuale dei ricercatori più citati e influenti, curata dall’Institute for Scientific Information, rappresenta un tributo alla sua ricerca all’avanguardia. Capasso si è distinto infatti in campi come la fotonica, la plasmonica e le metasuperfici. Inoltre, ha dato contributi fondamentali all’invenzione e al perfezionamento del laser a cascata quantica. Oltre alla sua straordinaria carriera di ricerca, Federico Capasso ha ottenuto anche il riconoscimento come membro straniero dell’Accademia Nazionale dei Lincei, un prestigioso istituto scientifico italiano. La sua passione per la scienza e la sua dedizione alla ricerca lo hanno reso infatti un punto di riferimento nel campo dell’ottica e della nanotecnologia.

Innovazioni nel campo dell’ottica e della nanotecnologia

Il nome di Federico Capasso è strettamente associato a importanti progressi scientifici, soprattutto nell’ottica e nella nanotecnologia. Ecco i suoi principali contributi.

Il laser a cascata quantica

Capasso ha lavorato allo sviluppo dei laser a cascata quantica, che hanno rivoluzionato il campo dell’ottica. Questi laser sono diventati fondamentali in laboratori di spettroscopia molecolare, chimica atmosferica, diagnostica medica e rilevamento di esplosivi. Grazie ai suoi sforzi costanti per migliorare la progettazione e il rendimento di questa tecnologia, si sono aperte nuove prospettive per l’applicazione di questa tecnologia in una vasta gamma di settori. Questo tipo di laser è diventato ampiamente utilizzato nella regione spettrale del medio infrarosso, in cui molte molecole mostrano le loro impronte di assorbimento. Questa tecnologia ha inoltre aperto nuove porte per applicazioni in settori come la spettroscopia molecolare, la sicurezza aeroportuale e la sorveglianza ambientale.

Metasuperfici e plasmonica

Le metasuperfici sono lenti piatte e ultra-sottili che sfruttano le proprietà dei materiali nanostrutturati per manipolare la luce. Hanno rivoluzionato la progettazione di dispositivi ottici, consentendo una messa a fuoco più precisa e una maggiore compattezza. La plasmonica coinvolge la manipolazione della luce tramite nanostrutture metalliche, portando a sviluppi in campi come il rilevamento molecolare ad alta sensibilità. Il lavoro di Capasso in questo settore non si limita solo alla ricerca accademica. Infatti, la società “Metalenz,” nata dal laboratorio di Capasso, sta attualmente collaborando con importanti produttori di semiconduttori. L’obiettivo è produrre metasuperfici per l’elettronica di consumo, le abitazioni intelligenti, la robotica industriale e le applicazioni automobilistiche.

Struttura elettronica a bande applicate ai laser

La struttura elettronica a bande nei semiconduttori è il fondamento su cui si basa il contributo rivoluzionario di Federico Capasso alla tecnologia laser. La struttura elettronica a bande si riferisce alla distribuzione degli stati energetici all’interno dei semiconduttori. Questi materiali hanno una caratteristica unica: una “banda proibita” che separa gli elettroni occupati dagli elettroni liberi. La comprensione di come gli elettroni interagiscano all’interno di queste bande è fondamentale per la progettazione di dispositivi elettronici e ottici avanzati. Federico Capasso ha applicato la sua profonda conoscenza della struttura elettronica a bande per superare le limitazioni dei laser tradizionali. I laser convenzionali infatti erano noti per le loro limitazioni intrinseche, come la mancanza di precisione nella regolazione della lunghezza d’onda e la difficoltà di personalizzazione.

Grazie all’applicazione della struttura elettronica a bande, Capasso ha aperto la strada alla creazione di laser altamente efficienti e controllabili. Questo ha permesso una personalizzazione estrema dei dispositivi laser, consentendo agli scienziati di progettare sorgenti di luce su misura per una vasta gamma di applicazioni.

Transistor a doppia eterogiunzione

Federico Capasso ha contribuito in modo significativo allo sviluppo dei transistor a doppia eterogiunzione. Questi componenti hanno aperto la strada all’amplificazione e al controllo dei segnali ad alta frequenza, con applicazioni importanti nelle telecomunicazioni. Infatti, grazie a tali innovazioni, le reti di comunicazione hanno potuto raggiungere velocità e prestazioni senza precedenti. Questi transistor sono caratterizzati dalla giunzione tra due materiali semiconduttori differenti, ciascuno con una struttura elettronica a bande specifica. Questa configurazione permette di ottenere vantaggi significativi rispetto ai transistor convenzionali.

I transistor a doppia eterogiunzione, grazie alle loro proprietà, consentono un’eccezionale amplificazione dei segnali ad alta frequenza. Ciò li ha resi ideali per applicazioni nelle quali è necessario amplificare e trasmettere segnali radio, microonde e altre frequenze elevate. Inoltre, questi dispositivi offrono una precisione di controllo notevole, consentendo una gestione accurata dei segnali nelle reti di comunicazione.

Fotodiodi a valanga

I fotodiodi a valanga sono rivelatori di luce ad alte prestazioni, noti per la loro sensibilità e precisione. I fotodiodi a valanga trovano applicazione in una vasta gamma di settori, dalla ricerca scientifica all’industria, contribuendo alla cattura di segnali deboli e alla rivelazione di informazioni critiche. Operano su un principio di amplificazione interna, che consente di aumentare il segnale luminoso in ingresso in modo significativo. Quando un fotone colpisce il diodo, si verifica la liberazione di un elettrone. Questo accelera attraverso una serie di giunzioni di valanga, generando un segnale di uscita molto più forte rispetto al segnale iniziale. Questo processo di amplificazione interna aumenta notevolmente la sensibilità dei rivelatori.

L’eccezionale sensibilità e precisione dei fotodiodi a valanga li rendono quindi ideali per una vasta gamma di applicazioni. In campo scientifico, si utilizzano in esperimenti di fisica delle particelle, spettroscopia, astrofisica e molte altre discipline per rivelare segnali deboli da sorgenti lontane. Nell’industria, trovano applicazione in sistemi di imaging ad alta risoluzione, monitoraggio ambientale e sicurezza.

Riconoscimenti conferiti a Federico Capasso

La straordinaria carriera di Federico Capasso è stata ampiamente riconosciuta attraverso una serie di prestigiosi premi e onorificenze. Tra questi si includono:

• Appartenenza alla National Academy of Sciences e alla National Academy of Engineering
• Borsa di studio dell’American Academy of Arts and Sciences e della National Academy of Inventors
• IEEE Sarnoff Award in Elettronica (1991): questo premio riconosce il suo impatto significativo nell’ambito dell’elettronica.
• Materials Research Society Medaglia (1995): il suo contributo alla ricerca sui materiali è stato riconosciuto con questa medaglia.
• Premio Arthur Schawlow per la scienza dei laser dell’American Physical Society (2004): questo premio riflette la sua influenza nel campo della fisica dei laser.
• Premio Internazionale della Fondazione Balzan (2016): questo premio è stato assegnato a Capasso per i suoi contributi eccezionali nella scienza.
• Medaglia Ives e Premio Jarus W. Quinn di Ottica (2021): questi riconoscimenti sottolineano il suo ruolo di spicco nell’ambito dell’ottica e della ricerca tecnologica.

La lunga lista di premi e onorificenze riflette l’eccezionale contributo di Federico Capasso alla scienza e alla tecnologia. Ciò dimostra l’importanza dei suoi risultati e il suo impatto duraturo su una vasta gamma di settori scientifici e tecnologici.