Federico Capasso (nacido en 1949) es un físico aplicado italoestadounidense y uno de los inventores del láser de cascada cuántica durante su trabajo en los Laboratorios Bell . [1] Actualmente es miembro de la facultad de la Universidad de Harvard .
Federico Capasso recibió el título de Doctor en Física, summa cum laude , de la Universidad de Roma , Italia, en 1973 y después de realizar investigaciones en fibra óptica en la Fondazione Ugo Bordoni en Roma, se unió a Bell Labs en 1976.
En 1984 fue nombrado miembro distinguido del personal técnico y en 1997 fue nombrado miembro de Bell Labs. Además de su actividad de investigación, Capasso ha ocupado varios puestos de gestión en Bell Labs, entre ellos, jefe del departamento de investigación de fenómenos y dispositivos cuánticos y del departamento de investigación de física de semiconductores (1987-2000) y vicepresidente de investigación física (2000-2002). Se incorporó a Harvard el 1 de enero de 2003.
Él y sus colaboradores hicieron muchas contribuciones de amplio alcance a los dispositivos semiconductores, siendo pioneros en la técnica de diseño conocida como ingeniería de estructura de banda . La aplicó a nuevos fotodiodos de avalancha de pozo cuántico de bajo ruido , transistores de heterojunción , dispositivos de memoria y láseres. Él y sus colaboradores inventaron y demostraron el láser de cascada cuántica (QCL). [2] A diferencia de los láseres semiconductores convencionales, conocidos como láseres de diodo , que dependen de la brecha de banda del semiconductor para emitir luz, la longitud de onda de los QCL está determinada por la separación de energía entre los estados cuantizados de la banda de conducción en los pozos cuánticos. En 1971, los investigadores postularon que un proceso de emisión de este tipo podría usarse para la amplificación láser en una superred. [3] La longitud de onda del QCL se puede adaptar en un amplio rango desde el infrarrojo medio hasta el infrarrojo lejano cambiando el espesor del pozo cuántico. La tecnología madura del QCL ahora está encontrando aplicaciones comerciales. [4] Los QCL se han convertido en las fuentes más utilizadas de radiación infrarroja media para detección química y espectroscopia y están disponibles comercialmente. Funcionan a temperaturas superiores a 100°C y emiten hasta varios vatios de potencia en onda continua.
La investigación actual de Capasso en electrónica cuántica se ocupa de los QCL de onda continua de muy alta potencia, el diseño de nuevas fuentes de luz basadas en no linealidades ópticas gigantes en pozos cuánticos, como fuentes ampliamente sintonizables de radiación de terahercios basadas en la generación de frecuencias diferenciales, y con plasmónica. Él y su grupo en Harvard han demostrado una nueva clase de antenas ópticas y colimadores plasmónicos que han utilizado para diseñar el campo cercano y el campo lejano de los láseres semiconductores, logrando puntos láser de tamaño sublongitud de onda profundo de intensidad ultraalta, rayos láser con divergencia muy reducida y láseres multihaz. Su grupo demostró que las interfaces plasmónicas diseñadas adecuadamente que consisten en matrices ópticamente delgadas de nanoantenas ópticas conducen a una poderosa generalización de las leyes centenarias de reflexión y refracción . Forman la base de la "óptica plana" basada en metasuperficies .
Federico Capasso ha hecho importantes contribuciones al estudio de las fuerzas electrodinámicas cuánticas conocidas como fuerzas de Casimir. Utilizó el efecto Casimir (la atracción entre superficies metálicas en el vacío debido a su energía de punto cero) para controlar el movimiento de los sistemas microelectromecánicos (MEMS). Demostró dispositivos novedosos (actuadores y osciladores Casimir), estableciendo límites a la escalabilidad de la tecnología MEM y, junto con sus colaboradores Jeremy Munday y Adrian Parsegian, fue el primero en medir una fuerza de Casimir repulsiva. [5]
Entre sus honores se incluyen la membresía en la Academia Nacional de Ciencias , la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias , la Academia Europea de Ciencias y la membresía honoraria en el Instituto Franklin . También fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ingeniería (1995) por sus contribuciones a la electrónica de estado sólido y la optoelectrónica a través de la "ingeniería de banda prohibida" de semiconductores.
En 2004 recibió el premio Chisesi-Tomassoni por su trabajo pionero en el láser cuántico en cascada. En 2005 recibió, junto con el premio Nobel Frank Wilczek ( MIT ) y Anton Zeilinger ( Universidad de Viena ), el Premio Internacional Rey Faisal de Ciencias por su investigación sobre láseres cuánticos en cascada. La cita lo calificó como "uno de los físicos más creativos e influyentes del mundo". [6]
En nombre de la Sociedad Estadounidense de Física , se le otorgó el Premio Arthur L. Schawlow 2004 en Ciencia Láser, otorgado por la Corporación NEC , por "contribuciones fundamentales a la invención y demostración del láser de cascada cuántica y la elucidación de su física, que une la electrónica cuántica, la física del estado sólido y la ciencia de los materiales".
SPIE, la sociedad internacional de óptica y fotónica, seleccionó a Capasso para recibir la Medalla de Oro SPIE 2013, [7] el más alto honor que otorga la sociedad.
Además, el IEEE ( Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos ), la organización profesional técnica más grande del mundo, nombró a Capasso ganador de la Medalla IEEE Edison 2004 con la siguiente cita: "Por una carrera de contribuciones altamente creativas e influyentes a los dispositivos y materiales de heteroestructura ".
También ha recibido la Medalla John Price Wetherill del Instituto Franklin , el Premio RW Wood de la Sociedad Óptica de América , el Premio W. Streifer de la Sociedad IEEE de Láseres y Electroóptica por Logros Científicos, la Medalla de la Sociedad de Investigación de Materiales, el Premio Rank en Optoelectrónica (Reino Unido), la Medalla y Premio Duddell del Instituto de Física (Reino Unido), la Medalla Willis Lamb de Ciencia Láser y Óptica Cuántica, el Premio Newcomb Cleveland de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia , el Premio Moet Hennessy-Louis Vuitton "Leonardo da Vinci" de 1995 (Francia), la Medalla Welker Memorial (Alemania), el Premio de la Academia de Ciencias de Nueva York , el Premio IEEE David Sarnoff en Electrónica y el premio Goff Smith de la Universidad de Michigan . En 2010 recibió el Berthold Leibinger Zukunftspreis por investigación en tecnología láser aplicada y el Premio Julius Springer en Física Aplicada. En 2011 recibió la Medalla Jan Czochralski de la Sociedad Europea de Investigación de Materiales por sus logros durante toda su vida en el campo de la ciencia de los materiales.
En 2016 fue galardonado con el Premio Balzan de Fotónica Aplicada "por su trabajo pionero en el diseño cuántico de nuevos materiales con características electrónicas y ópticas específicas, que condujo a la realización de una clase fundamentalmente nueva de láser, el láser de cascada cuántica; por sus importantes contribuciones en plasmónica y metamateriales a la vanguardia de la ciencia y la tecnología de la fotónica". Recibió la Medalla Matteucci en 2019 de la Academia Nacional de Ciencias de Italia por su invención del láser de cascada cuántica . [8]
Es miembro de la American Physical Society , el Institute of Physics (Reino Unido), la Optical Society of America , la American Association for the Advancement of Science , IEEE y SPIE . Tiene doctorados honorarios de la Universidad de Lund , Suecia, la Universidad Diderot (París VII) , Francia, la Universidad de Bolonia , Italia y la Universidad de Torvergata (Roma II) , Italia.
En 2021, Capasso recibió la Medalla Frederic Ives/Premio Jarus W. Quinn de la Sociedad Óptica de América por sus contribuciones fundamentales y de amplio alcance a la física óptica, la electrónica cuántica y la nanofotónica. [9]