La tecnologia terahertz ha sempre rappresentato una specie di terra di mezzo nella fisica delle radiazioni elettromagnetiche. Quella fascia di frequenze compresa tra le microonde e l’infrarosso esiste, funziona, ma catturarla in modo efficiente è stato finora un grattacapo enorme. I rilevatori disponibili sono lenti, poco sensibili, oppure richiedono apparecchiature ingombranti e raffreddate a temperature criogeniche. Ora, però, un gruppo di ricercatori ha sviluppato un rilevatore quantistico compatto basato su una metasuperficie ingegnerizzata che potrebbe cambiare radicalmente le carte in tavola. Lo studio, pubblicato su Advanced Photonics nel maggio 2026, descrive un dispositivo capace di migliorare l’efficienza di rilevamento di circa venti volte rispetto ai modelli precedenti.

E qui vale la pena fermarsi un attimo per capire cosa rende questo approccio diverso. Il cuore del dispositivo sfrutta un fenomeno chiamato effetto fotoelettrico planare. In pratica, i fotoni terahertz trasferiscono energia agli elettroni confinati in un gas elettronico bidimensionale. Questi elettroni, una volta “eccitati”, attraversano un gradino di potenziale progettato con precisione e generano una corrente elettrica misurabile. La cosa interessante è che questo meccanismo non richiede ai fotoni di superare una soglia minima di energia, un limite che ha frenato molti rilevatori convenzionali.

Come la metasuperficie concentra la radiazione

Il vero colpo di genio sta nella metasuperficie stessa. Si tratta di una struttura con un motivo a “mattoncini” ripetuto che raccoglie la radiazione terahertz in arrivo e la convoglia in fessure microscopiche dove avviene il processo di rilevamento. Ogni fessura funziona come un mini rilevatore indipendente. Collegando elettronicamente tutti questi elementi tra loro, il segnale complessivo risulta molto più forte. Niente ottiche esterne, niente lenti in silicio, niente allineamenti complicati. Il team, guidato da Wladislaw Michailow tra l’Università di Cambridge e quella di Swansea, ha integrato gli elementi di rilevamento direttamente nelle zone dove il campo elettrico è più intenso. Come spiega lo stesso Michailow, questo approccio ha permesso di aumentare in modo significativo la sensibilità di rilevamento rispetto ai metodi tradizionali.

I test hanno dato risultati notevoli. Raffreddato a 10 K e esposto a radiazione vicina a 1,9 THz, il dispositivo ha mostrato una responsività di 2,7 ampere per watt e un’efficienza quantistica esterna del 2,1 percento, circa venti volte superiore ai precedenti rilevatori della stessa famiglia. Un dettaglio non trascurabile: il rilevatore opera senza polarizzazione, il che elimina le correnti di buio e riduce drasticamente il rumore di fondo.

Verso applicazioni concrete nel mondo reale

Quello che rende questa ricerca particolarmente promettente non è solo il salto prestazionale, ma la sua scalabilità. Il design è compatibile con le tecniche di produzione a semiconduttore già in uso per i transistor ad effetto di campo. Questo significa che l’integrazione con l’elettronica esistente non richiederebbe rivoluzioni industriali. La struttura piatta della metasuperficie elimina la necessità di componenti ottici esterni, semplificando assemblaggio e produzione su larga scala.

E poi c’è la questione della temperatura operativa. Dispositivi simili hanno già dimostrato di funzionare a temperature raggiungibili con criocondensatori compatti, senza bisogno di elio liquido. Un passo avanti che potrebbe colmare quel vuoto tra i rilevatori criogenici ad alta sensibilità e quelli a temperatura ambiente meno performanti.

Le applicazioni potenziali spaziano dalla sanità alle reti wireless di nuova generazione, dall’astronomia al controllo qualità nella manifattura. Come ha sottolineato David Ritchie, responsabile del gruppo di fisica dei semiconduttori a Cambridge, le possibilità aperte dalla tecnologia terahertz sono enormi. Questo studio rappresenta la prima dimostrazione di un fotorilevatore a metasuperficie quantistica basato su un sistema elettronico bidimensionale. Un traguardo che, se confermato nelle fasi successive di sviluppo, potrebbe finalmente rendere i terahertz una realtà accessibile e diffusa.

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Il quantum computing potrebbe aver trovato la sua svolta più concreta. Un gruppo di ricercatori della Stanford University ha sviluppato un dispositivo nanometrico che riesce a collegare le proprietà quantistiche di luce ed elettroni senza bisogno di raffreddamento estremo. E questo, per chi segue il settore, è una notizia enorme.

Perché il problema principale dei computer quantistici attuali è proprio quello: per funzionare, hanno bisogno di temperature vicine allo zero assoluto. Parliamo di circa meno 273 gradi Celsius. Un requisito che rende queste macchine costosissime, ingombranti e sostanzialmente inaccessibili al di fuori di pochi laboratori nel mondo. Il dispositivo sviluppato a Stanford, invece, opera a temperatura ambiente. E lo fa sfruttando quella che i ricercatori chiamano “luce attorcigliata”.

Il meccanismo si basa su uno strato sottilissimo di diseleniuro di molibdeno (MoSe2) combinato con un substrato di silicio modellato a scala nanometrica. Le nanostrutture in silicio generano fotoni che ruotano su sé stessi, un po’ come un cavatappi. Questi fotoni “ritorti” riescono a trasferire il proprio spin agli elettroni, creando quel legame quantistico noto come entanglement, che è alla base di qualsiasi sistema di comunicazione e calcolo quantistico.

Perché conta davvero per il futuro della tecnologia quantistica

Jennifer Dionne, professoressa di scienza dei materiali a Stanford e autrice senior dello studio pubblicato su Nature Communications, spiega che il materiale usato non è una novità in sé. La vera innovazione sta nel modo in cui viene impiegato. Il diseleniuro di molibdeno appartiene a una famiglia di materiali chiamati dicalcogenuri dei metalli di transizione, apprezzati per le loro proprietà ottiche e quantistiche particolari. Il problema, fino a oggi, era che gli elettroni perdevano il proprio spin troppo rapidamente per essere utili.

La soluzione trovata dal team è elegante nella sua semplicità concettuale: le nanostrutture in silicio manipolano i fotoni con una precisione tale da farli ruotare in una direzione specifica, verso l’alto o verso il basso. Feng Pan, primo autore dello studio, racconta che è proprio questa combinazione tra chip in silicio e materiale a confinare e amplificare la torsione della luce, stabilizzando lo stato quantistico necessario per la comunicazione quantistica.

Il risultato è un dispositivo compatto, relativamente economico e soprattutto funzionante senza i sistemi di raffreddamento criogenico che rappresentano oggi uno degli ostacoli maggiori alla diffusione del quantum computing. Le applicazioni potenziali spaziano dalle comunicazioni sicure ai sensori avanzati, fino all’intelligenza artificiale e al calcolo ad alte prestazioni.

Verso reti quantistiche integrate nella vita quotidiana

Il team sta già lavorando per migliorare ulteriormente il dispositivo, esplorando altri materiali della stessa famiglia e combinazioni che potrebbero garantire prestazioni ancora superiori. L’obiettivo a lungo termine è ambizioso: integrare componenti come questo all’interno di reti quantistiche più ampie e, un giorno, persino nell’elettronica di consumo.

Certo, la strada è ancora lunga. Pan stesso ammette, con un sorriso, che l’idea di fare quantum computing dentro uno smartphone è un progetto da almeno dieci anni. Ma il fatto che un dispositivo del genere funzioni già oggi, a temperatura ambiente, su un chip grande quanto la lunghezza d’onda della luce visibile, dice molto sulla direzione che sta prendendo la ricerca. Non si tratta più solo di teoria o di esperimenti confinati in laboratori ultrafreddi. La tecnologia quantistica sta iniziando a diventare qualcosa di tangibile, più accessibile e, soprattutto, più vicina alla realtà di tutti i giorni.

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La superconduttività è uno di quei fenomeni che da decenni tiene incollati i fisici ai loro laboratori. L’idea che l’elettricità possa scorrere senza alcuna perdita di energia è affascinante quanto sfuggente, e ogni passo avanti in questo campo ha il potenziale di rivoluzionare il modo in cui produciamo e trasportiamo energia. Ora, un gruppo di scienziati ha trovato qualcosa di davvero inatteso: un metodo per accendere e spegnere la superconduttività quasi come si farebbe con un interruttore. E il bello è che il trucco sta tutto nell’accoppiamento tra strati di grafene ritorto e un materiale sintetico simile al diamante.

Il meccanismo, a grandi linee, funziona così. I ricercatori hanno sovrapposto sottilissimi fogli di grafene leggermente ruotati tra loro, una configurazione già nota nel mondo della fisica per le sue proprietà particolari. La novità sta nell’aver affiancato questi strati a un substrato di diamante sintetico, creando un ambiente in cui è possibile modificare il modo in cui gli elettroni interagiscono con ciò che li circonda. Cambiando queste interazioni, il team è riuscito a controllare quando il materiale entra nello stato superconduttivo e quando ne esce. Sembra semplice detto così, ma dietro c’è una complessità enorme.

Un comportamento che sfida la fisica convenzionale

La parte più intrigante della faccenda non è solo il controllo della superconduttività in sé, ma il fatto che il materiale si comporta in modi che non rispettano le regole dei superconduttori convenzionali. La teoria classica, quella formulata da Bardeen, Cooper e Schrieffer negli anni Cinquanta, descrive piuttosto bene come funzionano i superconduttori tradizionali. Eppure, quello che è stato osservato in questo esperimento non rientra in quello schema. Gli scienziati parlano di segnali che potrebbero indicare una fisica completamente nuova, qualcosa che va oltre i modelli attuali e che potrebbe aprire strade finora neppure immaginate.

Vale la pena sottolineare che il grafene ritorto era già finito sotto i riflettori qualche anno fa, quando si era scoperto che bastava ruotare due strati di un angolo molto preciso per far emergere proprietà elettroniche straordinarie. Quella scoperta aveva già scosso la comunità scientifica. Questo nuovo studio porta il discorso ancora più avanti, dimostrando che l’ambiente circostante, il substrato su cui si appoggia il grafene, gioca un ruolo decisivo nel determinare se la superconduttività si manifesta oppure no.

Perché questa scoperta conta davvero

Se tutto questo dovesse essere confermato e replicato su scala più ampia, le implicazioni sarebbero enormi. Poter controllare la superconduttività in maniera precisa significherebbe avvicinarsi a dispositivi elettronici con efficienza energetica senza precedenti, computer quantistici più stabili e reti di distribuzione dell’energia praticamente prive di sprechi. Certo, la strada dalla scoperta in laboratorio all’applicazione concreta è lunga e piena di ostacoli. Ma il fatto che un sistema così sottile e apparentemente fragile possa esibire un controllo tanto raffinato sulla superconduttività rappresenta, senza mezzi termini, uno di quei momenti in cui la scienza dei materiali fa un salto in avanti significativo.

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Quando gli scienziati della NASA hanno captato un segnale radio solare nell’agosto 2025, sembrava la solita routine. I burst radio dal Sole sono fenomeni abbastanza comuni: durano qualche ora, a volte qualche giorno, poi si spengono. Niente di cui preoccuparsi troppo. Solo che questa volta qualcosa non tornava. Il segnale non si spegneva. Non dopo un giorno, non dopo cinque. Ha continuato per 19 giorni consecutivi, polverizzando ogni record precedente per questo tipo di attività solare. Il vecchio primato? Cinque giorni appena. Parliamo di quasi quattro volte tanto.

L’evento rientra nella categoria dei cosiddetti burst radio di Tipo IV, prodotti da gruppi di elettroni ad alta energia intrappolati nei campi magnetici del Sole. Le onde radio in sé non rappresentano un pericolo diretto per chi sta sulla Terra, e questo è il lato rassicurante della faccenda. Ma le stesse condizioni magnetiche che generano questi segnali possono anche innescare eruzioni solari capaci di sparare particelle dannose nello spazio. E quelle particelle, ecco, sono un problema serio per satelliti, sonde e tutta la tecnologia che orbita vicino al nostro pianeta.

Una flotta di sonde per inseguire il mistero

Per capire cosa stesse succedendo davvero, i ricercatori hanno messo insieme le osservazioni di diverse missioni spaziali distribuite nel sistema solare interno. Tra queste, la sonda STEREO della NASA, il Parker Solar Probe, la sonda Wind e la missione Solar Orbiter, frutto della collaborazione tra ESA e NASA. Il bello è che, siccome il Sole ruota su se stesso, ciascuna sonda ha potuto osservare il burst radio quando entrava nel proprio campo visivo, catturando diversi giorni di dati. Come avere più telecamere piazzate in punti diversi di uno stadio: ognuna riprende un pezzo dello spettacolo, e alla fine si ricostruisce tutto.

Grazie alle informazioni raccolte da STEREO, il team ha anche sviluppato una tecnica nuova per risalire all’origine del segnale. Il risultato? Il segnale radio solare proveniva da una gigantesca struttura magnetica nell’atmosfera del Sole chiamata helmet streamer, riconoscibile per la sua caratteristica forma a V, ben visibile durante le eclissi totali. Secondo gli scienziati, a mantenere vivo il burst per tutti quei 19 giorni sarebbero state tre espulsioni di massa coronale partite dalla stessa regione del Sole. Esplosioni enormi che rilasciano nubi di particelle cariche ed energia magnetica nello spazio profondo.

Perché questa scoperta conta davvero

I risultati dello studio, pubblicati sulla rivista Astrophysical Journal Letters nel maggio 2026, non sono solo una curiosità scientifica. Capire come e perché un burst radio di Tipo IV possa durare così a lungo aiuta chi si occupa di previsioni meteorologiche spaziali a riconoscere prima questi eventi anomali. E riconoscerli prima significa proteggere meglio satelliti, astronauti e infrastrutture tecnologiche dalle conseguenze più pericolose dell’attività solare. In un’epoca in cui dipendiamo sempre più dalla tecnologia in orbita, avere qualche giorno di preavviso in più non è un lusso. È una necessità.

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Le onde di densità di carica sono uno dei fenomeni più affascinanti della fisica della materia condensata, eppure nessuno era mai riuscito a osservare dal vivo come si formano, si spezzano e sopravvivono nei materiali quantistici. Fino ad ora. Un gruppo di ricercatori guidato dal KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology), in collaborazione con la Stanford University, ha raggiunto un risultato che cambia parecchio le carte in tavola: per la prima volta è stato possibile visualizzare direttamente come questi schemi elettronici evolvono nello spazio durante una transizione di fase. E il quadro che ne emerge è molto più caotico e irregolare di quanto chiunque si aspettasse.

Quando si parla di onde di densità di carica (in inglese charge density waves, o CDW), ci si riferisce a uno stato in cui gli elettroni si dispongono in strutture ripetitive a basse temperature. Sono note da tempo, studiate in decine di laboratori nel mondo. Eppure capire cosa succede davvero a livello nanometrico, nel momento esatto in cui l’ordine elettronico si forma o si dissolve, restava un problema aperto. Il team del professor Yongsoo Yang ha usato un microscopio elettronico raffreddato a elio liquido combinato con una tecnica chiamata 4D-STEM (microscopia elettronica a trasmissione a scansione in quattro dimensioni). Una combinazione che ha permesso di creare mappe dettagliatissime dell’ordine elettronico, mostrando non solo dove esiste, ma quanto è forte e come si connette da una regione all’altra del materiale.

Schemi a macchie e il ruolo nascosto delle deformazioni

Le immagini ottenute raccontano una storia sorprendente. L’ordine elettronico non si distribuisce in modo uniforme. Alcune zone mostrano pattern chiari e ben definiti, mentre regioni adiacenti ne sono completamente prive. È un po’ come guardare un lago che ghiaccia a chiazze sparse, invece di coprirsi tutto insieme. E la causa di questa irregolarità? Piccole deformazioni reticolari, distorsioni nella struttura cristallina talmente minuscole da sfuggire ai metodi ottici tradizionali, ma sufficienti a indebolire in modo significativo l’ampiezza delle onde di densità di carica.

C’è poi un dato che ha colto di sorpresa anche gli stessi ricercatori. Piccole sacche di ordine CDW sopravvivono anche al di sopra della temperatura di transizione, là dove teoricamente l’ordine a lungo raggio dovrebbe scomparire del tutto. Questo significa che la transizione non è un evento netto, un interruttore che scatta. Piuttosto, l’ordine elettronico perde coerenza spaziale in modo graduale, quasi riluttante. È una sfumatura importante, perché suggerisce meccanismi di stabilizzazione locale che finora erano solo ipotizzati.

Un nuovo modo di guardare la materia quantistica

Il contributo più rilevante dello studio, pubblicato su Physical Review Letters nell’aprile 2026, riguarda la prima misurazione diretta delle correlazioni spaziali nell’ampiezza delle onde di densità di carica. In pratica, i ricercatori hanno potuto quantificare come la forza dell’ordine elettronico in un punto si relaziona con quella di un punto vicino, osservando il progressivo disfacimento della coerenza attraverso la transizione. Un livello di dettaglio che le tecniche di diffrazione o le sonde a scansione convenzionali non erano in grado di offrire.

Yongsoo Yang ha sottolineato come, fino a questo momento, la coerenza spaziale delle onde di densità di carica venisse dedotta solo indirettamente. L’approccio sviluppato dal suo gruppo apre la strada a una comprensione molto più concreta di come l’ordine collettivo degli elettroni nasce, resiste e alla fine cede nei materiali quantistici reali. E considerando che le CDW interagiscono con altri stati elettronici fondamentali, compresa la superconduttività, questa nuova capacità di osservazione potrebbe avere ricadute ben oltre il singolo esperimento.

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Una svolta inattesa nel mondo della fisica potrebbe ridisegnare il futuro dell’informatica, e il protagonista ha un nome che suona quasi esotico: fononi chirali. Un gruppo di scienziati ha dimostrato che queste minuscole vibrazioni atomiche sono in grado di trasferire il proprio movimento direttamente agli elettroni, permettendo loro di trasportare informazioni senza bisogno di magneti, batterie o corrente elettrica. Il risultato? Si spalanca la porta verso un campo di ricerca chiamato orbitronica, dove i dati vengono elaborati sfruttando il moto orbitale degli elettroni anziché la carica elettrica tradizionale.

Detto così può sembrare roba da laboratorio ultra specializzato, e in parte lo è. Ma le implicazioni pratiche sono enormi. Perché se davvero si riuscisse a costruire dispositivi basati sull’orbitronica, si parlerebbe di computer drasticamente più efficienti, con consumi energetici ridotti al minimo e capacità di calcolo potenzialmente superiori a quelle attuali.

Come funzionano i fononi chirali (spiegato semplice)

Gli atomi all’interno di un materiale solido non stanno mai fermi. Vibrano, oscillano, si muovono secondo schemi precisi. Quando queste vibrazioni assumono una direzione rotazionale specifica, si parla appunto di fononi chirali. La chiralità, in parole povere, è la proprietà per cui qualcosa può ruotare in senso orario o antiorario, un po’ come la differenza tra la mano destra e la mano sinistra.

La cosa straordinaria che i ricercatori hanno scoperto è che questi fononi chirali riescono a “spingere” gli elettroni lungo traiettorie orbitali ben definite. Gli elettroni, insomma, ereditano quel movimento rotatorio e lo conservano mentre si spostano nel materiale. Questo significa che l’informazione può essere codificata non nella carica elettrica (come avviene nei circuiti tradizionali), ma nel tipo di orbita che l’elettrone percorre.

È un cambio di paradigma notevole. I dispositivi elettronici classici hanno bisogno di far scorrere corrente, il che genera calore, spreca energia e pone limiti fisici alla miniaturizzazione dei chip. L’orbitronica, almeno in teoria, aggira tutti questi problemi.

Perché l’orbitronica potrebbe fare la differenza

Il settore dell’elettronica convenzionale sta raggiungendo i propri limiti fisici. I transistor sono ormai talmente piccoli che ulteriori riduzioni diventano sempre più complicate e costose. Da anni la comunità scientifica cerca strade alternative, e la spintronica (basata sullo spin degli elettroni) era considerata la candidata più promettente. Ma richiede materiali magnetici particolari e condizioni operative non sempre pratiche.

L’orbitronica cambia le carte in tavola perché elimina la necessità di campi magnetici esterni. I fononi chirali fanno tutto il lavoro, trasferendo il momento angolare agli elettroni in modo diretto e pulito. Questo rende la tecnologia potenzialmente più semplice da implementare su larga scala e compatibile con materiali già disponibili.

Naturalmente, la strada dalla scoperta di laboratorio al prodotto commerciale è lunga e piena di ostacoli. Nessuno sta dicendo che domani avremo smartphone basati sui fononi chirali. Però il fatto che esista una dimostrazione sperimentale solida è già un passo avanti significativo. La ricerca sull’orbitronica è ancora giovane, ma ha dalla sua parte una fisica elegante e un potenziale applicativo che fa girare la testa. E nel mondo della tecnologia, quando la fisica di base funziona, il resto prima o poi segue.

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Succede qualcosa di strano quando si osservano gli elettroni nel grafene muoversi come un liquido quasi privo di attrito. E no, non è fantascienza. Un gruppo di ricercatori dell’Indian Institute of Science, in collaborazione con il National Institute for Materials Science in Giappone, ha documentato un comportamento quantistico che mette in discussione una delle leggi più consolidate della fisica dei materiali. I risultati, pubblicati su Nature Physics, raccontano qualcosa che per decenni era rimasto sfuggente: la possibilità che gli elettroni si muovano collettivamente, come fossero acqua, all’interno di un foglio di carbonio spesso un solo atomo.

Il grafene, va detto, non è una novità. Sono passati più di vent’anni dalla sua scoperta, eppure continua a riservare sorprese enormi. Come ha ammesso lo stesso Arindam Ghosh, professore di fisica e tra gli autori dello studio, è sorprendente quanta strada ci sia ancora da fare con un singolo strato di atomi di carbonio.

Cosa succede quando calore e corrente smettono di andare d’accordo

Il cuore della scoperta ruota attorno alla legge di Wiedemann e Franz, un principio che da oltre un secolo stabilisce una proporzione diretta tra la conduzione elettrica e quella termica nei metalli. In pratica, se un materiale conduce bene l’elettricità, dovrebbe condurre bene anche il calore. Punto.

Il team ha creato campioni di grafene estremamente puliti e ha misurato entrambe le proprietà con grande precisione. Il risultato? Le due grandezze si muovevano in direzioni opposte. La conduttività elettrica saliva mentre quella termica scendeva, e viceversa. Le deviazioni dalla legge classica superavano di oltre 200 volte i valori attesi a basse temperature. Una violazione clamorosa, non un semplice scostamento.

Questo fenomeno si manifesta in una condizione molto particolare chiamata punto di Dirac, dove il grafene si trova al confine tra il comportamento di un metallo e quello di un isolante. In quel punto preciso, gli elettroni smettono di comportarsi come particelle individuali e iniziano a fluire insieme, come un liquido con una resistenza al moto bassissima. I ricercatori hanno misurato la viscosità di questo fluido e hanno scoperto che è tra le più basse mai osservate, rendendo il grafene una delle realizzazioni più vicine a un fluido perfetto.

Aniket Majumdar, primo autore dello studio e dottorando in fisica, ha spiegato che questo comportamento simile all’acqua, trovato vicino al punto di Dirac, viene chiamato “fluido di Dirac”. Si tratta di uno stato esotico della materia che ricorda il plasma di quark e gluoni, quella zuppa di particelle subatomiche ad altissima energia osservata negli acceleratori del CERN.

Dal laboratorio alle tecnologie quantistiche del futuro

E qui la faccenda diventa ancora più interessante. Perché il grafene, con questa scoperta, si trasforma in una piattaforma accessibile ed economica per studiare fenomeni che normalmente richiedono condizioni estreme. Parliamo di concetti legati alla fisica delle alte energie, all’astrofisica, alla termodinamica dei buchi neri e persino all’entropia di entanglement. Tutto questo, dentro un laboratorio, su un foglio di carbonio.

Sul piano pratico, la presenza di un fluido di Dirac nel grafene potrebbe aprire la strada a sensori quantistici di nuova generazione, capaci di amplificare segnali elettrici debolissimi e rilevare campi magnetici estremamente tenui. Le applicazioni potenziali spaziano dalla diagnostica medica alla metrologia di precisione.

Il grafene, insomma, continua a riscrivere le regole. E questa volta lo fa sfidando una legge che sembrava intoccabile.

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Sembra un paradosso, eppure le celle solari in perovskite stanno riscrivendo le regole del fotovoltaico grazie a una scoperta che ribalta ogni aspettativa: i difetti strutturali del materiale, invece di essere un problema, rappresentano la chiave della loro efficienza. Uno studio pubblicato su Nature Communications dai ricercatori dell’Institute of Science and Technology Austria (ISTA) ha finalmente svelato il meccanismo fisico che spiega come un materiale economico e pieno di imperfezioni riesca a competere con il silicio ultrapuro, sviluppato e perfezionato nel corso di decenni.

Le perovskiti a base di piombo e alogeni sono materiali conosciuti fin dagli anni Settanta, ma rimasti a lungo nel dimenticatoio. Poi, nei primi anni del 2010, qualcuno si è accorto che convertono la luce solare in elettricità con un’efficacia sorprendente. Da lì è partita una corsa che le ha portate a rivaleggiare con le tradizionali celle solari in silicio. La differenza fondamentale? Il silicio ha bisogno di una purezza quasi assoluta per funzionare bene. Le perovskiti, al contrario, vengono prodotte con metodi a basso costo in soluzione e sono piene di difetti. Eppure funzionano, e pure molto bene.

Autostrade microscopiche per le cariche elettriche

Per capire la portata della scoperta bisogna fare un passo indietro. In qualsiasi cella solare, la luce genera coppie di cariche opposte: elettroni (negativi) e lacune (positive). Queste cariche devono attraversare il materiale e raggiungere gli elettrodi senza perdersi o ricombinarsi lungo il percorso. Parliamo di distanze che, proporzionalmente alla scala del materiale, equivalgono a centinaia di chilometri. Nel silicio questo viaggio è possibile perché il materiale è praticamente privo di difetti che possano intrappolare le cariche. Nelle perovskiti, dove i difetti abbondano, nessuno capiva come fosse possibile ottenere risultati simili.

I ricercatori Dmytro Rak e Zhanybek Alpichshev hanno scoperto che all’interno delle perovskiti esistono reti di pareti di dominio, zone dove la struttura cristallina cambia leggermente. Queste pareti generano campi elettrici locali che separano attivamente elettroni e lacune, impedendone la ricombinazione. In pratica, funzionano come vere e proprie autostrade per le cariche, guidandole attraverso il materiale fino agli elettrodi.

Per rendere visibili queste strutture nascoste, Rak ha sviluppato una tecnica ingegnosa: ha introdotto ioni d’argento nel cristallo, che si sono accumulati spontaneamente lungo le pareti di dominio. Convertendoli poi in argento metallico, l’intera rete è diventata osservabile al microscopio. Una sorta di angiografia, ma applicata ai cristalli.

Cosa cambia per il futuro del fotovoltaico

La scoperta non è solo affascinante dal punto di vista scientifico: apre prospettive concrete. Fino ad oggi, la maggior parte dei tentativi di migliorare le celle solari in perovskite si è concentrata sulla composizione chimica, con risultati limitati. Ora che si conosce il ruolo cruciale della struttura interna, diventa possibile lavorare direttamente sull’ingegnerizzazione delle pareti di dominio, aumentando l’efficienza senza rinunciare ai costi contenuti di produzione.

Le perovskiti offrono anche altre qualità notevoli: proprietà quantistiche a temperatura ambiente, applicazioni nei LED e nelle tecnologie di rilevamento a raggi X. Questa nuova comprensione potrebbe essere il tassello mancante per portare la tecnologia solare di nuova generazione fuori dai laboratori e dentro la vita quotidiana. Il fotovoltaico del futuro, a quanto pare, non ha bisogno di perfezione. Ha bisogno dei difetti giusti.

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Per la prima volta in assoluto, un gruppo di ricercatori è riuscito a filmare il movimento degli atomi nell’istante che precede un processo di decadimento innescato da radiazione. E quello che hanno scoperto ribalta parecchie aspettative. Niente atomi fermi e composti, niente scena statica. Quello che emerge da questo film atomico è un quadro vivace, quasi caotico, in cui le particelle si spostano, si riorganizzano e influenzano direttamente tempi e modalità del decadimento. Lo studio, pubblicato sul Journal of the American Chemical Society nel marzo 2026, arriva dal Dipartimento di Fisica Molecolare del Fritz Haber Institute della Max Planck Society, in collaborazione con diversi gruppi internazionali. E potrebbe cambiare il modo in cui si comprende il danno da radiazione sulla materia biologica.

Al centro della ricerca c’è un processo chiamato decadimento mediato da trasferimento elettronico (ETMD, dall’inglese Electron Transfer Mediated Decay). Funziona così: una radiazione ad alta energia, come i raggi X, eccita un atomo. Quell’atomo si stabilizza prelevando un elettrone da un vicino, e l’energia rilasciata ionizza un terzo atomo nelle vicinanze. Il meccanismo è particolarmente rilevante perché genera elettroni a bassa energia, capaci di provocare danni chimici nei liquidi e nei tessuti biologici. Capire come si comportano gli atomi durante questo processo è fondamentale per costruire modelli affidabili degli effetti della radiazione sull’organismo umano.

Come si filma il movimento degli atomi

Per osservare tutto questo, il team ha usato un sistema modello relativamente semplice: un trimero composto da un atomo di neon legato debolmente a due atomi di kripton (NeKr2). Dopo aver espulso un elettrone dal neon con raggi X morbidi, gli scienziati hanno seguito l’evoluzione del sistema per un tempo che arriva fino a un picosecondo, un intervallo lunghissimo su scala atomica. Grazie a un sofisticato microscopio di reazione COLTRIMS, utilizzato presso i sincrotroni BESSY II a Berlino e PETRA III ad Amburgo, è stato possibile ricostruire la disposizione esatta degli atomi nel momento del decadimento. A questi dati sperimentali sono state affiancate simulazioni teoriche ab initio, che hanno tracciato migliaia di possibili traiettorie atomiche calcolando la probabilità di decadimento lungo ciascuna.

Il risultato è stato sorprendente. Gli atomi non restano fermi. Si muovono in uno schema vagante, cambiano continuamente posizione e ridisegnano la struttura del sistema. Questo movimento condiziona in modo diretto sia la tempistica sia l’esito del decadimento. Come ha spiegato Florian Trinter, uno degli autori principali: il decadimento non è soltanto un processo elettronico, ma viene guidato dal moto nucleare in modo molto diretto e intuitivo.

Perché questa scoperta conta davvero

Nelle fasi iniziali, il decadimento avviene vicino alla configurazione originale. Col passare del tempo, un atomo di kripton si avvicina al neon mentre l’altro si allontana, creando condizioni favorevoli al trasferimento elettronico. In stadi ancora successivi, gli atomi assumono geometrie distorte e allungate, frutto di un moto oscillante. La velocità del decadimento varia enormemente a seconda della geometria del momento. Till Jahnke, autore senior dello studio, ha sottolineato che il moto nucleare non rappresenta una correzione marginale, ma controlla in modo fondamentale l’efficienza del decadimento elettronico non locale.

Questo tipo di conoscenza è essenziale. L’ETMD produce elettroni a bassa energia che possono innescare reazioni chimiche dannose nell’acqua e nei sistemi biologici. Sapere come il processo dipende dalla disposizione e dal movimento degli atomi aiuta a costruire modelli più precisi del danno da radiazione in ambienti biologici reali. Il sistema studiato, per quanto semplice, fornisce un punto di riferimento solido per estendere queste intuizioni a strutture più complesse: liquidi, ioni solvatati, molecole biologiche. Gli autori parlano di una porta aperta verso l’imaging di dinamiche ultraveloci nella materia debolmente legata, con un livello di dettaglio mai raggiunto prima. E non sembra un’esagerazione.

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Esiste un tipo di luce che fino a poco tempo fa nessuno riusciva a domare abbastanza da renderla utile per la microscopia. Si chiama luce terahertz, e un gruppo di fisici del MIT ha appena trovato il modo di comprimerla in uno spazio incredibilmente piccolo, tanto da riuscire a osservare qualcosa che nessuno aveva mai visto: il movimento collettivo degli elettroni superconduttori che oscillano insieme, come una sorta di gelatina quantistica che vibra. La scoperta, pubblicata sulla rivista Nature, apre scenari importanti sia per la comprensione della superconduttività sia per il futuro delle comunicazioni wireless ad altissima velocità.

La radiazione terahertz si colloca tra le microonde e l’infrarosso nello spettro elettromagnetico. Pulsa oltre mille miliardi di volte al secondo, una frequenza che corrisponde quasi perfettamente alle vibrazioni naturali di atomi ed elettroni nei materiali. Sulla carta, sarebbe lo strumento perfetto per studiare quei movimenti. Il problema, però, è sempre stato pratico: la lunghezza d’onda della luce terahertz è enorme rispetto alle strutture da analizzare, centinaia di micron. E una regola fondamentale della fisica ottica, il cosiddetto limite di diffrazione, impedisce di focalizzare la luce in un punto più piccolo della sua lunghezza d’onda. Il risultato? Il fascio finisce per “coprire” tutto il campione senza distinguere nulla di utile.

Come funziona il nuovo microscopio terahertz

Per aggirare questo ostacolo, il team del MIT ha utilizzato i cosiddetti emettitori spintronici, una tecnologia relativamente recente basata su strati metallici ultrasottili impilati. Quando un laser colpisce questi strati, si innesca una reazione a catena negli elettroni che genera impulsi terahertz brevissimi. Il trucco sta nel posizionare il campione vicinissimo all’emettitore, catturando la luce prima che abbia il tempo di disperdersi. In questo modo si riesce a comprimere il fascio in una regione molto più piccola della sua lunghezza d’onda, bypassando di fatto il limite di diffrazione.

Il microscopio è stato poi completato con uno specchio di Bragg, una struttura a strati che filtra le lunghezze d’onda indesiderate e protegge il campione dal laser. Con questo setup, i ricercatori hanno esaminato un materiale chiamato ossido di bismuto, stronzio, calcio e rame (noto con la sigla BSCCO, pronunciata “bisco”), un superconduttore ad alta temperatura. Raffreddandolo fino a temperature prossime allo zero assoluto, hanno osservato gli elettroni muoversi senza attrito come un superfluido, oscillando alle frequenze terahertz.

“Questo nuovo microscopio ci permette di vedere una modalità degli elettroni superconduttori che nessuno aveva mai osservato prima”, ha dichiarato Nuh Gedik, professore di fisica al MIT.

Perché questa scoperta conta davvero

Studiare materiali come il BSCCO con la luce terahertz potrebbe accelerare la corsa verso i superconduttori a temperatura ambiente, uno dei traguardi più ambiti della fisica moderna. Ma non è tutto. La stessa tecnologia potrebbe aiutare a identificare materiali capaci di emettere e rilevare radiazione terahertz, componenti essenziali per i futuri sistemi di comunicazione wireless a frequenze terahertz, potenzialmente molto più veloci delle attuali reti basate sulle microonde.

“C’è una spinta enorme per portare il Wi Fi e le telecomunicazioni al livello successivo, alle frequenze terahertz”, ha spiegato Alexander von Hoegen, primo autore dello studio. “Con un microscopio terahertz si potrebbe studiare come questa luce interagisce con dispositivi microscopici che un giorno potrebbero funzionare come antenne o ricevitori.”

Il team sta già applicando il microscopio ad altri materiali bidimensionali per esplorare ulteriori effetti su scala terahertz. Vibrazioni reticolari, processi magnetici, modi collettivi: tutto ciò che accade a queste frequenze diventa ora osservabile con una risoluzione prima impensabile. La ricerca è stata sostenuta dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e dalla Gordon and Betty Moore Foundation.

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