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CNR: Alamanacco della Scienza

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N. 1 - 18 gen 2012
ISSN 2037-4801

Focus - 2012  

Tecnologia

Quando il piccolissimo dà grandi risultati

L'anno appena passato ha visto grandi progressi nel campo dei nuovi materiali e il 2012 potrebbe consacrarne di nuovi, come ad esempio gli isolanti topologici. "Si tratta di una nuova classe di materiali bidimensionali o anche tridimensionali basati per lo più su elementi come il Bismuto (Bi), l'Antimonio (Sb), il Selenio (Se) e il Tellurio (Te), in cui la conduzione avviene al bordo (nel caso di cristalli bidimensionali) o alla superficie (nel caso tridimensionale) mentre l'interno del materiale mostra caratteristiche di isolante", spiega Vittorio Pellegrini, dell'Istituto nanoscienze (Nano) del Cnr di Pisa. "Come recentemente annunciato dai fisici teorici, in opportune condizioni, un isolante topologico può ospitare delle 'quasiparticelle' conosciute come Fermioni di Majorana ".

Una delle prospettive dischiuse dalla fisica moderna, quindi, è la possibilità di implementare la futura computazione quantistica. Sempre nel campo della fisica fondamentale si prospettano nuovi scenari anche nella simulazione quantistica con reticoli artificiali. "La simulazione quantistica fu concepita da Richard Feynman in risposta all'impossibilità di descrivere un fenomeno quantistico con un computer classico", continua Pellegrini. "Seguendo quest'intuizione, a oggi, sono disponibili simulatori quantistici realizzati attraverso la costruzione di reticoli ottici che intrappolano atomi freddi o di matrici di punti quantici, nanofabbricati in semiconduttori che intrappolano elettroni. Le novità maggiori riguardano la possibilità di creare reticoli a geometria esagonale in grado di simulare fasi a molte particelle con inusuali proprietà magnetiche. Ad esempio, riproducendo artificialmente la struttura del grafene, se ne possono comprendere alcune proprietà esotiche".

Proprio il 'materiale delle meraviglie' consacrato nel 2010 con il Nobel per la Fisica ai suoi scopritori, rimane ancora per l'anno a venire tra i temi di ricerca più stimolanti. "Il grafene sta offrendo alcune innovative soluzioni tecnologiche nel campo della fotonica e in particolare nel campo della rivelazione di radiazione elettromagnetica", continua il ricercatore di Nano-Cnr. "Recentemente sono stati realizzati dei fotorivelatori ultraveloci al grafene con ottime prestazioni alla lunghezza d'onda di 1.55 micron, quella utilizzata per la trasmissione ottica dei dati. La ricerca ha fatto progressi significativi anche nella direzione di utilizzare il grafene per la rivelazione di radiazione nel lontano infrarosso e sono stati recentemente dimostrati i primi rivelatori TeraHertz al grafene".

L'anno appena concluso, infine, è stato segnato dal crescente interesse verso l'impiego di materiali nanostrutturati nella costruzione di celle fotovoltaiche innovative, in particolare per quanto riguarda celle che sfruttano l'assorbimento della luce da parte di molecole organiche (le dye sensitized solar cell). "Utilizzare materiale nanostrutturato o addirittura grafene", conclude Pellegrini, "è un fattore chiave per migliorare i processi di diffusione e collezione delle cariche elettriche, che hanno un ruolo cruciale nel determinare l'efficienza della cella solare. Altri fattori su cui si concentra l'attività di ricerca in questo settore sono la composizione dell'elettrolite in cui sono immerse le molecole e il potenziamento delle proprietà di assorbimento delle molecole. Si cerca infatti di ottenere una larga banda di assorbimento per sfruttare al massimo la raccolta di luce solare su tutte le frequenze del suo spettro".

Maddalena Scandola

Fonte: Vittorio Pellegrini, Laboratorio Nest - Istituto di nanoscienze Cnr (Pisa), tel. 050/509414 , email vp@sns.it -