Stampare l’elettronica a due dimensioni: da una collaborazione tra l’Università di Pisa e l’Università di Manchester passi avanti nella ricerca che porterà al computer su carta
Pubblicato uno studio sulla rivista “Advanced Functional Materials” a firma del team di ricerca composto da scienziati degli atenei di Pisa, Manchester, Salerno e L’Aquila
Forse, in un futuro non troppo lontano, potremmo arrivare a stampare da soli il nostro ipad o il nostro smartphone, con una semplice stampante a getto di inchiostro e un foglio di carta. Questo grazie all’evoluzione della ricerca nel campo dell’elettronica stampata basata su materiali bidimensionali, nella quale l’Università di Pisa e l’Università di Manchester rappresentano due eccellenze assolute. Da un lato, l’esperienza dell’Università di Manchester nello studio e nella manipolazione del grafene, materiale al centro di ricerche premiate con il Nobel nel 2010; dall’altro, il contributo dell’Università di Pisa, che da anni porta avanti attività riconosciute a livello europeo nel campo dell’elettronica flessibile e delle tecniche di stampa basate su materiali avanzati, grazie anche ai progetti finanziati dall’European Research Council (ERC) coordinati da Gianluca Fiori, docente di Elettronica presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione.
Ora un altro passo avanti è stato fatto grazie a uno studio che ha visto ancora una volta la collaborazione tra Pisa (Dipartimento di Fisica e Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione) e Manchester (Dipartimento di Chimica), assieme alle Università di Salerno e l’Aquila, e che è stato pubblicato su Advanced Functional Materials, una delle principali riviste del settore.
“Il lavoro nasce da una sinergia tra teoria ed esperimenti – spiega Damiano Marian, ricercatore al Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa – che ha permesso di affrontare uno studio di rilievo nel campo dell’elettronica stampata basata su inchiostri di materiali bidimensionali, una tecnologia chiave per lo sviluppo di dispositivi flessibili e indossabili. Il lavoro si concentra sulla comprensione della conducibilità di questi inchiostri, con particolare attenzione alle transizioni indotte da variazioni di temperatura e da processi di annealing”.
“L’elettronica stampata tramite inchiostri bidimensionali – aggiunge Alejandro Toral-Lopez, ricercatore al Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa – oltre a garantire leggerezza, flessibilità e costi contenuti, offre anche il vantaggio di poter essere realizzata con infrastrutture minimali, permettendo la produzione in ambienti non industriali avanzati, come piccoli laboratori o aziende locali. Assumerà quindi un’importanza sempre più strategica anche nell’industria di prossima generazione, la cosiddetta “industria 5.0”, sulle cui tecnologie abilitanti stanno lavorando diversi gruppi di ricerca nel nostro Dipartimento. Comprendere a fondo i meccanismi di trasporto di questi materiali è diventato quindi sempre più urgente, e disporre di un modello flessibile e versatile, capace di riprodurre accuratamente i dati sperimentali, risulta di fondamentale importanza.”
“Capire come si comporta la corrente elettrica in dispositivi stampati realizzati con materiali bidimensionali non è semplice – afferma Alessandro Grillo, Research Fellow nel Dipartimento di Chimica dell’Università di Manchester – è un po’ come cercare di seguire il percorso dell’acqua in un intricato labirinto di canali microscopici. Con questo studio siamo riusciti a fare luce su questi meccanismi complessi, fondamentali per trasformare in realtà dispositivi elettronici flessibili, leggeri e a basso costo. Il nostro modello descrive con precisione ciò che osserviamo sperimentalmente, portando la comprensione di questi materiali a un nuovo livello e avvicinando sempre di più la ricerca alle applicazioni concrete.”
Un piccolo passo verso un futuro ancora lontano, ma affascinante, in cui potremo usare un personal computer che un giorno potremo usare e appallottolare, e poi smaltire nella carta.
Stampare l’elettronica a due dimensioni: da una collaborazione tra l’Università di Pisa e l’Università di Manchester passi avanti nella ricerca che porterà al computer su carta
Testo e immagine dall’Ufficio comunicazione di Ateneo dell’Università di Pisa
METCL (METAPHOR ELABORATION IN TYPICALITY-BASED COMPOSITIONAL LOGIC), INTELLIGENZA ARTIFICIALE E CREATIVITÀ: UN SISTEMA PER LA GENERAZIONE E IL RICONOSCIMENTO DELLE METAFORE
Tre ricercatori italiani sviluppano una tecnologia innovativa capace di creare e identificare metafore, ispirata ai meccanismi della cognizione umana
La capacità di creare e interpretare metafore, una delle competenze cognitive più sofisticate dell’essere umano, potrebbe presto diventare patrimonio anche dei sistemi di intelligenza artificiale. Un passo in questa direzione è rappresentato dal lavoro di tre ricercatori italiani, recentemente selezionato per la conferenza mondiale sull’intelligenza artificiale IJCAI (International Joint Conference on Artificial Intelligence), che si terrà il prossimo agosto a Montréal, in Canada.
Il paper, dal titolo “The Delta of Thought: Channeling Rivers of Commonsense Knowledge in the Sea of Metaphorical Interpretations”, è firmato da Antonio Lieto (Università di Salerno), Gian Luca Pozzato (Università di Torino) e Stefano Zoia (Università di Torino) e introduce un nuovo sistema chiamato METCL (Metaphor Elaboration in Typicality-based Compositional Logic), in grado di generare e classificare metafore sfruttando un motore logico ispirato ai meccanismi della cognizione umana.
“Combinazione e composizione sono aspetti centrali del nostro modo di esprimerci – spiega Stefano Zoia, dottorando del Dipartimento di Informatica dell’Università di Torino – e ciò è particolarmente evidente nel caso delle metafore. Per esempio, dire che qualcuno ha un cuore di pietra vuol dire associare metaforicamente il cuore alla pietra per evocare freddezza e insensibilità. METCL combina la conoscenza tipica legata ai concetti coinvolti per generare un concetto ibrido che cattura il significato della frase”.
Alla base del sistema c’è una logica composizionale basata sulla tipicalità, in grado di fondere concetti e creare nuove strutture di senso.
“Il cuore del nostro lavoro – racconta Antonio Lieto, direttore del CIIT Lab dell’Università di Salerno – è un motore di ragionamento in grado di operare in maniera simile ai processi cognitivi umani. Questo approccio è cruciale per replicare funzioni cognitive complesse, come la comprensione e la produzione di metafore, che richiedono una vera capacità di astrazione e generalizzazione”.
Un aspetto chiave del sistema METCL è la sua spiegabilità, ovvero la capacità di fornire motivazioni per le sue decisioni in modo comprensibile agli umani: il suo funzionamento è trasparente e fondato su solide basi formali, a differenza di molti modelli sub-simbolici oggi dominanti nel panorama dell’IA.
“In un’epoca in cui si tende a pensare, erroneamente, che i grandi modelli linguistici possano fare tutto, METCL dimostra quanto sia ancora fondamentale il contributo delle logiche per la rappresentazione della conoscenza – aggiunge Gian Luca Pozzato, Professore Ordinario del Dipartimento di Informatica e presidente dei corsi di studio SUISS dell’Università di Torino. – La nostra logica descrittiva basata sulla tipicalità permette al sistema di essere interpretabile e riutilizzabile in contesti anche molto diversi tra loro”.
Le innovazioni introdotte da METCL sono molteplici. Non solo migliora le prestazioni dei sistemi attualmente disponibili nella generazione e nell’identificazione di metafore, ma lo fa in maniera complementare rispetto ai grandi modelli linguistici neurali – come GPT-4o, Qwen 2.5 Max o DeepSeek R1 – e ai precedenti approcci simbolici basati su risorse come MetaNet (UC Berkeley). Inoltre, il lavoro offre un contributo teorico rilevante: mostra come la generazione di metafore possa essere considerata un processo cognitivo di categorizzazione creativa, in linea con alcune delle teorie più influenti nelle scienze cognitive.
L’impatto potenziale di METCL va ben oltre l’ambito accademico. Le metafore non sono solo abbellimenti stilistici, ma strumenti potenti per semplificare concetti complessi. Per questo, un sistema capace di generarle o identificarle automaticamente può rivelarsi prezioso per: insegnanti, che vogliono spiegare in modo più chiaro concetti astratti o difficili; scrittori, sceneggiatori e giornalisti, che cercano ispirazione creativa; professionisti della comunicazione e del marketing, interessati a formulare messaggi più evocativi.
In definitiva, METCL dimostra come approcci alternativi e integrati possano affiancare, e potenziare, i modelli neurali nell’ambito dell’IA generativa. Un passo in avanti importante per realizzare sistemi intelligenti più simili all’essere umano, non solo in termini di prestazioni, ma anche nella capacità di “pensare in modo creativo”.
Il libro “Tùttu-cià” è un archivio di risorse didattiche, ma non solo. Si tratta di un testo “sonoro”, “vedibile”, partecipativo. Le informazioni presenti nel lavoro sono adatte a tutte le persone interessate al modo in cui abitiamo il mondo. Lo stile è gioioso e ironico, ma non manca del rigore scientifico necessario ad approcciarsi alle complesse tematiche ambientali e della convivenza civile. Il lettore deve mostrarsi paziente nella lettura del libro perché non si tratta solo di un volume nozionistico, ma di uno stile comunicativo personale. Notevole spazio è dedicato alla scuola e… al rap.
Il professor Giovanni De Feo con il libro Tùttu-cià (2024). Foto Giovanni De Feo
Il metodo Greenopoli, su cui si basa il libro, parla per farsi capire, è adatto ai bambini e alle persone con qualche anno di più. Parlare in modo nuovo per vedere le cose in modo nuovo. A tratti leggermente prolisso o ripetitivo (1), il contenuto si impara ad apprezzarlo per l’originalità e la creatività con cui l’autore presenta tematiche scomode alle studentesse e agli studenti delle scuole primarie, suscitando interesse e partecipazione. Il libro fa riflettere sulle scelte quotidiane di ciascuno di noi e sulle ricadute sociali di quelle stesse scelte.
Cosa troviamo nel libro? Non ci sono solo contenuti scientifici, ma è descritto anche il processo di realizzazione dei testi, strofa per strofa, parola per parola: la scelta dei vocaboli non è mai banale, ma prevede uno studio dedicato per conciliare il ritmo tipico delle canzoni rap e la correttezza dei contenuti.
Metafore, esempi, canzoni, consigli e “spiegoni” relativi ai processi di presa in carico e gestione dei rifiuti, per esempio. Il libro è un viaggio nel mondo di oggi, ma mira a un mondo sostenibile di un futuro prossimo. Probabilmente, molti consigli forniti già si conoscono, ma gli adulti faticano a recepirli. Ecco, quindi, che l’azione educativa del metodo Greenopoli cerca di correggere gli adulti grazie (alla scuola) alle bambine e ai bambini.
Sebbene all’inizio si faccia leggermente fatica a entrare nel ritmo del libro, poi ci si “ambienta” e gli argomenti sono spiegati in un’ottica didattica con l’ausilio di codici QR (tranne pochissimi che non funzionano, essi riportano a video e audio). Ogni argomento inizia con un rap, una filastrocca o un racconto. Il libro, quindi, si può leggere “a caso”: siete autorizzati a non seguire un ordine e rileggere il libro “all’occorrenza”.
Sarebbe stato possibile migliorare ulteriormente il lavoro inserendo immagini o grafici; intervallare il testo con i codici QR e non relegarli spesso alla fine del capitolo. Un altro suggerimento riguarda le fonti e i riferimenti bibliografici: sarebbe stato apprezzabile avere le “classiche” note a piè di pagina per consentire al lettore di soffermarsi subito sull’approfondimento proposto. Invece, sparsi nel testo, sono più difficili da ritrovare (2).
Il libro ha tutte le caratteristiche per essere un valido strumento per la comunità e vi chiarirà definitivamente come gestire il cartone della pizza!
Il consorzio nazionale imballaggi (CONAI) fornisce una guida per imparare a leggere l’etichettatura ambientale e un elenco degli errori più comuni che si fanno con la raccolta differenziata. Gli strumenti ci sono, eppure ancora si fatica con la raccolta differenziata dei rifiuti. Perché?
Non sempre si presta la giusta attenzione ai gesti che si compiono. Si è spesso distratti, soprattutto quando siamo in gruppo intenti a parlare d’altro. Un esempio classico, che mi è familiare, è quello degli studenti universitari intenti a consumare bevande e merendine alle vending machines. Non sempre prestano attenzione a come conferire correttamente l’imballaggio divenuto rifiuto e non di rado lo depositano nel più vicino contenitore o in un qualunque contenitore. In generale, c’è chi sbaglia in buona fede, ma anche chi sbaglia perché non educato alla raccolta differenziata. Ecco perché non bisogna lesinare risorse nel fare informazione, sensibilizzazione e nell’organizzare iniziative di coinvolgimento. Su questo il Conai sta facendo molti sforzi. A tal proposito posso citare il progetto “Cambia Menti” che stiamo attuando proprio insieme presso l’Università di Salerno, grazie al preziosissimo supporto della dott.ssa Maria Concetta Dragonetto e del dott. Fabio Costarella, neo Vicedirettore Conai, nonché la redazione delle “LINEE GUIDA per la raccolta differenziata, dei rifiuti da imballaggio e degli altri rifiuti urbani, nelle Università” in collaborazione anche con la RUS, Rete delle Università per lo Sviluppo Sostenibile.
La raccolta dei rifiuti da apparecchiature elettriche ed elettroniche (RAEE) domestici effettuata in Italia nel 2023 ha registrato un andamento negativo rispetto al 2022 (-3,1%). Siamo lontani dal target di raccolta stabilito dall’Unione Europea. Con percentuali differenti, la riduzione tocca il Nord (- 1,3%), il Centro (- 1,1%), il Sud (- 8,3%). Fanalino di coda rimane la Campania (3 kg/ab). Quali suggerimenti darebbe al lettore-consumatore per conferire correttamente questi particolari rifiuti? E quali alle amministrazioni locali per invertire l’andamento negativo?
Bisogna ragionare in un’ottica di “miniera urbana” per cui le nostre case sono degli autentici “depositi aurei” contenenti tanti minerali preziosi a materiali critici, oro compreso. Un esempio da cui partire è l’abbandono di vecchi telefonini e più recenti smartphone in fondo a cassetti senza fondo. Occorre far presente ai cittadini che esistono due importanti possibilità. La prima è nota come regola del “1 a 1” che consiste nel ritiro gratuito del vecchio elettrodomestico a fronte dell’acquisto di un nuovo elettrodomestico equivalente. La seconda, invece, è nota come regola del “1 a 0”: vale per tutti i “piccoli RAEE”, cioè le apparecchiature con dimensioni inferiori ai 25 cm. Per beneficiare di questo servizio, è necessario restituire il prodotto presso i punti vendita che dispongono di apposite aree dedicate alla vendita di apparecchiature tecnologiche con una superficie superiore a 400 metri quadrati. Le amministrazioni locali potrebbero organizzare campagne di informazione e sensibilizzazione al riguardo, partendo dalle scuole, dagli uffici pubblici, dagli studi medici, dagli amministratori di condominio, etc. Molto importante, inoltre, il ruolo dei centri di raccolta comunali dei rifiuti, da vedere, in una nuova ottica, come dei centri commerciali alla rovescia e, quindi, dove si va per portare i propri materiali giunti alla fine di un loro ciclo di vita o ancora in buone condizioni e, quindi, da avviare allo scambio, alla donazione e al riuso.
Quest’anno la Paper Week, una grande campagna corale di formazione e informazione su carta e cartone e sul loro riciclo, tenutasi dall’8 al 14 aprile e promossa da Comieco (Consorzio Nazionale per il Recupero e il Riciclo degli imballaggi cellulosici), ha come capitale Salerno. Il riciclo della carta in Italia si conferma un’eccellenza europea. Potrebbe riassumerci i passi condotti per raggiungere questo importante traguardo-punto di ripartenza?
Da sempre sono legato al mondo della carta e il mio legame si è rafforzato negli anni Novanta quando ho avuto modo di svolgere la parte pratica della mia tesi di laurea in ingegneria presso la Cartesar di Pellezzano, un autentico gioiello del riciclo della carta da macero. Salerno è al centro del “ciclo del riciclo” di Comieco proprio grazie alle sue cartiere e alle sue cartotecniche. Grazie all’ufficio sud di Comieco, diretto dalla dott.ssa Giacinta Liguori, ho iniziato a collaborare con Comieco nazionale in tanti progetti e ho avuto modo di apprezzare quanta attenzione e quante risorse stiano dedicando al “Piano per il Sud”, sotto la spinta dell’instancabile Direttore Generale Carlo Montalbetti e del suo Vice Roberto Di Molfetta. La differenza la fanno sempre le persone. In questi anni ho potuto apprezzare il grande lavoro che fanno in Comieco persone come Eleonora Finetto, Elisa Belicchi e Claudia Rossi. Un gran bel lavoro di squadra, questo è ciò che fa la differenza. In occasione della Paper Week a Salerno, il giorno 11 aprile mi hanno dato la possibilità di far cantare e ballare i rap di Greenopoli a più di cinquecento allievi e allieve delle scuole di Salerno, che per un mese sono stati coinvolti in attività di educazione ambientale grazie al prezioso contributo di Comieco e all’attività svolta dalla mia ex allieva Valentina Iannone, ambientologa e cantante. Occorre fare le cose con passione, organizzazione ed entusiasmo, e i risultati arrivano sempre!
Giovanni De Feo a Salerno in occasione dell’incontro Gioca la tua carta del giorno 11 aprile 2024. Crediti per la foto: Comieco
La strategia per l’economia circolare mira a una crescita sostenibile che coinvolge tutti gli anelli delle varie filiere produttive: produzione, distribuzione, consumo e fine vita dei beni. Quale fase, a suo avviso, ha fatto i maggiori passi verso la giusta direzione?
Io insegno ecologia industriale e mi occupo di Life Cycle Assessment, cioè di valutazione del ciclo di vita dei prodotti, partendo dall’estrazione delle materie prime, passando per la produzione del bene e degli imballaggi, per la distribuzione, l’uso e il fine vita. Le fasi che hanno fatto maggiori passi avanti sono proprio la produzione degli imballaggi e il fine vita, sotto la spinta propulsiva delle direttive europee di settore. Occorre, tuttavia, ricordare che l’economia non potrà mai essere perfettamente circolare, poiché il trattamento dei rifiuti genera altri rifiuti ed emissioni in una catena senza fine. L’economia può essere “quasi circolare”. Ciò che devono imparare i protagonisti delle diverse filiere, compresi i consumatori, che con le loro scelte mettono in moto e orientano il processo, è acquisire sempre maggiore consapevolezza e imparare a “essere leggeri”. Tra più alternative dobbiamo sempre scegliere quella più sostenibile.
In occasione della Giornata mondiale dell’acqua 2024, istituita dall’Onu nel 1992, l’l’Istituto Nazionale di Statistica (Istat) ha realizzato cinque infografiche per riflettere sull’importanza vitale dell’acqua e promuovere la gestione sostenibile delle risorse idriche. Le chiedo un commento sui seguenti dati emersi: il 42,4% dell’acqua potabile è dispersa per inefficienza delle reti comunali di distribuzione; il 28,8% delle famiglie non si fida a bere acqua di rubinetto; quasi il 70% delle persone over 14 fa attenzione a non sprecare acqua.
Purtroppo, è ben noto che le nostre reti di distribuzione dell’acqua siano delle autentiche “reti colabrodo” a causa della loro vetustà e della scarsa e insufficiente manutenzione. Bisogna investire di più nei programmi di controllo periodico e di manutenzione della rete, in un’ottica di prevenzione e di protezione della rete idrica. L’Italia è seconda solo al Messico per consumo pro-capite di acqua in bottiglia, ma questo non è spiegabile in considerazione dell’elevata qualità delle nostre acque di falda, mentre in Messico hanno problemi serissimi in fatto di risorse idriche. Già venticinque anni fa andavo in giro a fare test di assaggio dell’acqua con i quali invitavo a trovare la differenza nel sapore tra acqua di rubinetto e acqua in bottiglia. Le persone non erano in grado di distinguerle. Per cui è tutto un fatto di pregiudizi e di scarsa fiducia. A tal proposito, anche su questo tema bisogna investire in campagne di informazione e sensibilizzazione sulla qualità delle acque delle reti idriche a suon di analisi, da fare, perché no, anche al rubinetto delle nostre abitazioni. In fatto di lotta agli sprechi e di risparmio idrico abbiamo fatto passi da gigante anche grazie all’educazione ambientale che si fa nelle scuole e che poi i bambini e le bambine riportano in famiglia. I nostri figli sono delle splendide guardie ambientali, come le “PGA” di Greenopoli!
Ha incontrato migliaia di studentesse e studenti dal 2014, è un accademico, ma si occupa anche di comunicare la scienza degli ambienti e l’educazione ambientale. Scienza e società sono sempre più interconnessi e oggi la comunicazione della scienza coinvolge tutti i cittadini. Come e perché è nato Greenopoli?
L’idea del metodo/progetto di educazione ambientale Greenopoli nasce nel 2006 in un mio periodo di crisi/cambiamento. In quell’epoca decisi di “cambiare rotta” e di iniziare un percorso che in diciotto anni mi ha portato a fare divulgazione ambientale prima nella mia provincia, poi nella regione Campania, quindi in Italia e ora praticamente ovunque ci sia l’opportunità. Lo scorso anno sono arrivato in Bangladesh, il paese con la più alta densità di popolazione al mondo e con drammatici problemi sociali e ambientali. Ho incontrato centinaia di meravigliosi sorrisi di bambini e giovani desiderosi di un futuro migliore e più sostenibile, che è identico a quelli che incontro settimanalmente nei miei “giri in giro” per le scuole, per le biblioteche e le sale consiliari per provare a far “guardare il mondo con occhi diversi” verso una società che non contrapponga più il “sapere umanistico”, da una parte, e il “sapere scientifico”, dall’altra. Tutti i saperi servono per dare sapore alla nostra vita e per affrontare i problemi con un approccio olistico e perché no divertente: io ci provo con Greenopoli, al ritmo del Tùttu-cià!
l’evento Gioca la tua carta del giorno 11 aprile 2024 a Salerno. Crediti per la foto: Comieco
Giovanni De Feo è professore associato di Ingegneria Sanitaria-Ambientale presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Salerno. Relatore, correlatore e tutor in circa 500 tesi di laurea; è editor e referee di riviste internazionali. Ha partecipato, in qualità di relatore, a numerosi seminari, convegni, master e corsi di aggiornamento. È autore e coautore di circa 200 pubblicazioni tecnico-scientifiche e monografie.
Da giugno 2017, è responsabile del tavolo tematico “Rifiuti” del Gruppo di Lavoro per la “Sostenibilità di ateneo” dell’Università di Salerno e la rappresenta anche in diversi gruppi di lavoro della Rete delle Università per lo Sviluppo sostenibile.
Svolge la sua attività di ricerca su Life Cycle Assessment (LCA); gestione, trattamento e smaltimento dei rifiuti solidi e delle acque reflue.
È ideatore e promotore del progetto di educazione ambientale Greenopoli che da dicembre 2014 ha coinvolto più di 600 scuole e circa ottantamila studenti.
Numerosissimi i premi a partire dal 2018: Vesuvio Verde, Anfiteatro d’argento, Premio Internazionale Prata, Premio Ambientalista dell’Anno “Luisa Minazzi”; premi Pabulum e “Eccellenza per i giovani campani 2019”; Premio PA sostenibile e resiliente 2021.
Infine, nel 2023 è stato invitato a tenere incontri di educazione ambientale in Spagna e in Bangladesh e ha vinto il premio “Giovanni Bozzini Award – Best Italian paper award” al convegno internazionale Sardinia Symposium.
Foto Giovanni De Feo
Note:
(1) Ci spiega il prof. De Feo che si tratta di un effetto voluto: è lo stile dello “spiegone”, ed è anche il suo stile di insegnamento: ripetere le cose più volte per essere certo che ascolta, possa capire. Anche nel leggere può essere utile ripetere le cose, perché chi legge non è detto che rilegga.
(2) Ci informa il prof. De Feo che si è trattato di scelte editoriali ben precise.
Si ringrazia il professor Giovanni De Feo per le immagini di Greenopoli e nelle quali compare.
MATERIALI QUANTISTICI: SCOPERTO UN NUOVO STATO DELLA MATERIA CONTRADDISTINTO DAL FENOMENO QUANTISTICO CHIAMATO CORRENTE CHIRALE Su Nature studio guidato da Ca’ Foscari che potrà avere applicazioni basate su nuovi dispositivi nei campi della sensoristica, biomedicale e delle rinnovabili. Scoperta possibile grazie al Sincrotrone italiano Elettra.
VENEZIA – Un gruppo internazionale di ricerca ha scoperto un nuovo stato della materia contraddistinto dall’esistenza di un fenomeno quantistico chiamato corrente chirale. Tali correnti sono generate su scala atomica da un movimento cooperativo di elettroni, che è all’origine della nuova fase della materia appena scoperta, a differenza dei materiali magnetici convenzionali le cui proprietà hanno origine dalla caratteristica quantistica di un elettrone nota come spin e dal loro ordinamento nel cristallo.
La chiralità è una proprietà di estrema importanza nelle scienze, per esempio è anche fondamentale per capire il DNA. Nel fenomeno quantistico scoperto la chiralità delle correnti è stata rilevata studiando un processo di interazione tra luce e materia nel quale un fotone opportunamente polarizzato è in grado di emettere un elettrone dalla superficie del materiale con uno stato di spin ben definito.
La nuova scoperta, pubblicata oggi sulla prestigiosa rivista Nature, arricchisce in modo significativo la conoscenza sui materiali quantistici, in particolar modo sulla ricerca di fasi quantistiche chirali e sui fenomeni che avvengono alla superficie dei materiali.
“La rivelazione dell’esistenza di questi stati quantistici – spiega Federico Mazzola, ricercatore in Fisica dei materiali all’Università Ca’ Foscari Venezia e leader dello studio – può aprire la strada per lo sviluppo di un nuovo tipo di elettronica che impieghi correnti chirali come portatori di informazioni al posto della carica dell’elettrone. Inoltre, tali fenomeni potrebbero avere un importante risvolto per applicazioni future basate su nuovi dispositivi optoelettronici chirali, e un grande impatto nel campo delle tecnologie quantistiche per nuovi sensori, così come nel campo biomedico ed in quello delle energie rinnovabili”.
Nato da una predizione teorica, questo studio ha verificato in modo diretto e per la prima volta l’esistenza di questo stato quantistico, fino ad ora enigmatico ed elusivo, grazie all’utilizzo del Sincrotrone italiano Elettra. Finora la conoscenza circa l’esistenza di questo fenomeno era infatti limitata a predizioni teoriche per alcuni materiali. La sua osservazione sulle superfici dei solidi lo rende estremamente interessante per lo sviluppo di nuovi dispositivi elettronici ultra sottili.
Il gruppo di ricerca, che comprende partner nazionali e internazionali tra cui l’Università Ca‘ Foscari di Venezia, l’Istituto Spin e l’Istituto Officina dei Materiali del CNR e l’Università di Salerno, ha investigato il fenomeno su un materiale già noto alla comunità scientifica per le sue proprietà elettroniche e per applicazioni di spintronica superconduttiva, ma la nuova scoperta ha un respiro più ampio, essendo molto più generale ed applicabile ad una vasta gamma di materiali quantistici.
Questi materiali stanno rivoluzionando la fisica quantistica e l’attuale sviluppo di nuove tecnologie, con proprietà che vanno ben oltre quelle descritte dalla fisica classica.
Hanno partecipato allo studio ricercatrici e ricercatori dal Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi di Ca’ Foscari, Istituto Officina dei Materiali, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Fisica Teoretica dell’Università Jagellonica (Polonia), Istituto di Fisica dell’Accademia Polacca delle Scienze, Dipartimento di Fisica “E. R. Caianiello” dell’Università di Salerno, Istituto SPIN del Consiglio Nazionale delle Ricerche, Sincrotrone SOLEIL, Interdisciplinary Nanoscience Center dell’Università di Aarhus, Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Milano, Dipartimento di Fisica e Astronomia Department of Physics and Astronomy dell’Università Nazionale di Seul, Seul, Korea.
