Uno studio internazionale ha scoperto una tecnica che permette di intervenire sulla nanostruttura dei materiali, aprendo la strada a una nuova generazione di dispositivi per l’energia e l’elettronica
Il lavoro congiunto di ricercatori della Sapienza e del Centro di Nanotecnologie di Londra (London Centre for Nanotechnology), coordinati dal professor Antonio Bianconi, ha portato alla scoperta di una nuova tecnica che permette di «disegnare» superconduttori di qualunque forma, usando i raggi X focalizzati come una penna.
Lo studio è stato pubblicato lo scorso 21 agosto su «Nature Materials» (Rivista specializzata di «Nature»).
Un superconduttore è un materiale che consente il passaggio di corrente elettrica senza opporre resistenza, ovvero, senza produrre riscaldamento. Lo sforzo dei ricercatori è stato sempre quello di migliorare le prestazioni di questi materiali che vengono impiegati in dispositivi elettronici avanzati detti «Squids». Sono utilizzati per esempio nelle cliniche mediche per la visualizzazione (imaging) dei tumori.
Il team di studiosi ha dimostrato che è possibile usare i raggi X come una sorta di penna per ridisegnare la nanostruttura di regioni selezionate dei materiali complessi superconduttori allo scopo di modulare la superconduttività ad alta temperatura.
La nuova tecnica è stata messa a punto nel laboratorio di luce di sincrotrone Elettra di Trieste su un composto di ossigeno, rame e lantanio (un elemento pesante, noto come terra rara). Gli studiosi hanno osservato che, illuminando il materiale con i raggi X, si verificavano riorganizzazioni su piccola scala degli atomi di ossigeno che determinavano in alcune regioni una superconduttività ad alta temperatura scoperta dai premi Nobel Karl Alexander Müller e Johannes Georg Bednorz 25 anni fa.
La nuova tecnica consente non solo di ottenere superconduttori con dimensioni molto più piccole di quelle di un capello, ma anche di manipolare la nanostruttura dei materiali che normalmente sono usati per la fabbricazione di dispositivi elettronici come computer quantististici e sistemi di imaging del cervello. Il metodo di incisione non richiede l’utilizzo di ingredienti chimici e pertanto consente disegni sofisticati come l’incisione d’arte su lastre di rame.
Questa tecnica si basa sulla scoperta della possibilità della manipolazione di difetti interstiziali di ossigeno con alta precisione.
Questo pone le fondamenta per un impiego più esteso di questa tecnica in numerosi altri composti che si basano sulla manipolazioni di atomi interstiziali o difetti reticolari dalle celle solari ai catalizzatori.
«Abbiamo fatto un passo rilevante nella transizione dall’elettronica dei materiali semplici all’elettronica dei materiali complessi – sottolinea Antonio Bianconi -. La complessità sposta il mondo quantistico dai lontani lidi vicino allo zero assoluto alla temperatura del nostro mondo del vivente. Il passo che abbiamo fatto per la comprensione dei processi quantistici macroscopici ad alta temperatura ci avvicina la comprensione della meccanica quantistica nel modo del vivente in azione nei processi fotosintetici. La complessità di nuovi materiali rende possibili processi prima ritenuti impossibili come la produzioni di circuiti logici superconduttori riscrivibili che come dimostriamo si possono incidere e cancellare su questi nuovi materiali».
«La scoperta rende valida una tecnica “one-step, chemical-free” per il controllo atomico di superconduttori funzionali – precisa Gabriel Aeppli, direttore del London Centre for Nanotechnology – apre eccitanti nuove possibilità per dispositivi elettronici particolarmente per circuiti logici superconduttori riscrivibili di profonda importanza chiave per risolvere il famoso “travelling salesman problem”, che sottende a molte delle principali sfide computazioni per il mondo. Noi vogliamo creare computer su domanda per risolvere questo problema con applicazioni dalla genetica alla logistica. Una scoperta come questa significa un rilevante “paradigm shift” nella “computing technology” è di un passo più vicino».
Lo studio Evolution and control of oxygen order in a cuprate superconductor Nicola Poccia, Michela Fratini, Alessandro Ricci, Gaetano Campi, Luisa Barba, Alessandra Vittorini-Orgeas, Ginestra Bianconi, Gabriel Aeppli & Antonio Bianconi, è pubblicato su Nature Materials (Published online: 21 August 2011| doi:10.1038/nmat3095).
(Fonte Università Sapienza)
