«Mi sento un designer quantico» afferma scherzosamente Federico Capasso di Harvard, citando il titolo della sua biografia: «
Avventure di un designer quantico» (
Di Renzo Editore). Lo scienziato ha appena scoperto una nuova forza quantica repulsiva, capace di far levitare i nanomateriali, e pensa a come svilupparne il risultato tutelato dal brevetto. Un passo in avanti verso la costruzione di nanoingranaggi che lavorano senza toccarsi? E' possibile. «Disegnare nuovi materiali con proprietà che non esistono in natura è uno dei temi centrali della mia carriera — aggiunge —. Come anche riuscire a controllare le fluttuazioni quantistiche dei materiali che potranno avere importanza nelle applicazioni».
Per semplicità qualcuno ha chiamato questa repulsione «lubrificante quantico». Lubrificante perché funziona come l'olio nel motore: evita il fondersi delle parti.
Quantico perché dipende dal movimento degli elettroni negli atomi, quelle fluttuazioni naturali (istantanee) di cariche elettriche nella materia. Lo studio, apparso su Nature con la collaborazione di Jeremy Munday (California Institute of Technology) e V. Adrian Parsegian (National Institutes of Health di Bethesda), si basa sugli effetti forza di Casimir, teorizzata negli anni '50 e finora mai dimostrata.
Qui l'argomento si complica. A provocare la forza di
Casimir è solo il movimento degli elettroni negli atomi, quando due materiali metallici sono a 100 nanometri di distanza. In pratica, si forma da sola, naturalmente. Se i materiali sono uguali è attrattiva, se sono diversi può diventare repulsiva.
L'esperimento forse chiarisce il concetto. In un sistema composto da una sfera ricoperta d'oro e una lastra di biossido di silicio immerse in un liquido (bromobenzene), la repulsione si ottiene perché la superficie d'oro è più attratta dal liquido che dalla lastra (Casimir attrattiva), di conseguenza il liquido riesce a spingersi in mezzo ai due materiali, allontanandoli tra loro. Risultato: la levitazione.
La forza repulsiva è debole, pari a 10 piconewton alla distanza di 20 nanometri, ma non è trascurabile. «Evita che le parti dei nanodispositivi si appiccichino tra loro» aggiunge lo scienziato. Non è cosa da poco: se due nanomateriali si incollano, diventa impossibile separarli senza romperli. «Con la tendenza a miniaturizzare ogni dispositivo a un certo punto la forza di Casimir attrattiva non si potrà più ignorare — precisa il fisico —, ma col nostro esperimento abbiamo dimostrato che rendendola repulsiva attraverso un'opportuna scelta di materiali, la potremo utilizzare a nostro vantaggio e quasi eliminare l'attrito meccanico».
Applicazioni possibili: nei chip con parti mobili (Mems) ulteriormente miniaturizzati. Oggi questi chip si trovano negli airbag, nei navigatori satellitari, nei proiettori di trasparenze e in molti altri strumenti.
«Per arrivare a un'applicazione pratica la strada è ancora lunga — commenta Paolo Milani dell'Università di Milano —. Il merito di Capasso sta nel ricordarci che la realizzazione di nanodispositivi funzionanti richiede strategie molto lontane da una semplice estrapolazione delle soluzioni ingegneristiche utilizzate per macro e microdispositivi. Nel nanomondo la fisica classica convive con quella quantistica ponendoci delle sfide che solo nuovi paradigmi scientifici saranno in grado di affrontare», n prossimo obiettivo di Capasso è quello di filmare la levitazione di questo sistema. Forse allora il meccanismo sarà veramente molto più chiaro, per tutti.
Paola Caruso – Corriere della Sera – Sabato 17 gennaio 2009
