Intrappolate la luce infrarossa in uno strato di appena 40 nanometri di spessore. Sembra fantascienza, eppure un gruppo di ricercatori dell’Università di Varsavia, insieme a colleghi di altri istituti polacchi, ha dimostrato che si può fare. Il risultato, pubblicato sulla rivista ACS Nano nell’aprile 2026, apre scenari davvero interessanti per il futuro delle tecnologie fotoniche, quelle che usano la luce al posto degli elettroni per trasmettere informazioni.

Il trucco sta tutto in un materiale chiamato diseleniuro di molibdeno (MoSe2), che possiede un indice di rifrazione eccezionalmente alto. Tradotto in parole semplici: la luce rallenta al suo interno molto più che nella maggior parte degli altri materiali. Nel vetro rallenta di circa 1,5 volte, nel silicio di 3,5 volte, nel diseleniuro di molibdeno di circa 4,5 volte. Questa proprietà permette di costruire strutture incredibilmente sottili che riescono comunque a confinare e intensificare la luce con un’efficacia mai vista prima. Le versioni precedenti di strutture simili, realizzate con silicio o composti di gallio, richiedevano spessori centinaia di volte maggiori per funzionare decentemente.

Come funziona e perché è così importante

La struttura creata dai ricercatori si chiama reticolo sub lunghezza d’onda. Immaginatelo come una serie di strisce parallele ravvicinate, distanziate meno della lunghezza d’onda della luce che devono catturare. Quando la luce infrarossa colpisce questo reticolo, resta intrappolata in un volume ridottissimo. E qui arriva la parte davvero sorprendente: il materiale non si limita a confinare la luce, ma la converte. Grazie a un fenomeno noto come generazione di terza armonica, tre fotoni infrarossi si combinano per produrne uno solo a frequenza tripla. Il risultato? Luce infrarossa invisibile che diventa luce blu visibile. E siccome il reticolo concentra la luce in modo così estremo, questo effetto di conversione risulta oltre 1.500 volte più potente rispetto a uno strato piatto dello stesso materiale.

C’è poi una questione pratica che rende tutto ancora più significativo. Fino a poco tempo fa, gli strati sottili di diseleniuro di molibdeno venivano ottenuti con un metodo artigianale, una sorta di “peeling” con nastro adesivo da un cristallo. Funziona, ma produce campioni minuscoli e irregolari, del tutto inadatti a qualsiasi applicazione reale. Il team ha invece utilizzato l’epitassia a fascio molecolare, una tecnica consolidata nella produzione di semiconduttori, riuscendo a creare film uniformi di MoSe2 estesi per diversi centimetri quadrati. Un rapporto tra spessore e dimensione di circa uno a un milione, contro l’uno a duemila di un foglio A4.

Verso dispositivi fotonici più piccoli e veloci

Quello che emerge da questa ricerca è un cambio di paradigma abbastanza netto. Non serve più costruire strutture spesse per manipolare la luce in modo efficace. Strati estremamente sottili, se realizzati con il materiale giusto e la geometria corretta, possono fare lo stesso lavoro e in certi casi anche meglio. Il fatto che il metodo di produzione sia scalabile rende il percorso verso applicazioni concrete, come i circuiti fotonici integrati, molto meno teorico di quanto si potesse immaginare solo qualche anno fa. La fotonica, insomma, sta diventando sempre più una questione di nanometri. E quaranta, a quanto pare, bastano.

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Una scoperta che riguarda le celle solari sta facendo parlare parecchio la comunità scientifica, e il motivo è presto detto: un gruppo di ricercatori è riuscito a ottenere un’efficienza energetica del 130%, superando quello che per decenni è stato considerato un muro invalicabile. Sembra un controsenso, vero? Produrre più energia di quanta ne arrivi. Eppure il meccanismo esiste, funziona, ed è stato appena dimostrato in laboratorio.

La ricerca, pubblicata il 25 marzo 2026 sul Journal of the American Chemical Society, porta la firma di scienziati della Kyushu University in Giappone e della Johannes Gutenberg University di Magonza, in Germania. Al centro di tutto c’è un complesso molecolare a base di molibdeno, definito emettitore “spin flip”, capace di catturare e moltiplicare l’energia proveniente dalla luce solare attraverso un processo chiamato singlet fission. In pratica, da un singolo fotone assorbito si ottengono circa 1,3 portatori di energia. Più di uno per uno. È qui che nasce quel 130%.

Perché le celle solari tradizionali sprecano tanta energia

Per capire la portata di questa scoperta, vale la pena fare un passo indietro. Le celle solari convenzionali funzionano così: i fotoni della luce colpiscono un semiconduttore e trasferiscono energia agli elettroni, generando corrente elettrica. Il problema è che non tutti i fotoni sono uguali. Quelli infrarossi hanno troppo poca energia per attivare gli elettroni, mentre quelli ad alta energia, come la luce blu, perdono il surplus sotto forma di calore. Il risultato? Solo circa un terzo della luce solare viene effettivamente utilizzato. Questa barriera ha un nome preciso: limite di Shockley Queisser, e da decenni rappresenta il grande ostacolo per chi lavora nel fotovoltaico.

Yoichi Sasaki, professore associato alla Kyushu University, spiega che esistono due strategie principali per aggirare questo limite. Una consiste nel convertire i fotoni infrarossi in fotoni visibili a maggiore energia. L’altra, quella esplorata in questo studio, sfrutta la singlet fission per generare due eccitoni da uno solo. Normalmente ogni fotone produce un singolo eccitone. Con la singlet fission, quell’eccitone si divide in due eccitoni a energia inferiore, raddoppiando potenzialmente l’energia disponibile.

Il trucco del molibdeno e la collaborazione internazionale

Il vero nodo, fino a oggi, era catturare quegli eccitoni moltiplicati senza che venissero “rubati” da un meccanismo chiamato trasferimento di energia per risonanza di Förster (FRET). Sasaki lo dice chiaramente: serviva un accettore di energia capace di intercettare selettivamente gli eccitoni tripletto dopo la fissione, ignorando quelli che ancora non si erano moltiplicati.

La soluzione è arrivata proprio dal complesso a base di molibdeno. In questo sistema, un elettrone cambia il proprio spin durante l’assorbimento o l’emissione di luce nel vicino infrarosso, permettendo di catturare con precisione l’energia tripletto generata dalla singlet fission. Regolando con cura i livelli energetici, il team ha ridotto al minimo le perdite e dimostrato che il sistema funziona.

Adrian Sauer, dottorando della JGU in visita alla Kyushu University, ha avuto un ruolo chiave nel portare all’attenzione del gruppo un materiale studiato a lungo in Germania. Quando questo è stato combinato con materiali a base di tetracene in soluzione, i risultati hanno confermato rese quantiche di circa il 130%.

Ovviamente, si tratta ancora di una dimostrazione di principio. Il prossimo passo sarà integrare questi materiali in sistemi allo stato solido, avvicinandosi a possibili applicazioni pratiche nelle celle solari di nuova generazione. Ma le implicazioni vanno oltre il fotovoltaico: la stessa tecnologia potrebbe trovare spazio nei LED e nelle emergenti tecnologie quantistiche. È il tipo di scoperta che, anche se richiederà anni per arrivare sul mercato, cambia già oggi il modo di pensare all’energia solare.

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L’idea che i fisici avessero ormai mappato con ragionevole precisione il comportamento dei nuclei atomici era, a quanto pare, un po’ troppo ottimista. Una nuova Isola di Inversione è stata identificata in una regione del tutto inattesa della carta dei nuclidi: quella in cui il numero di protoni è uguale al numero di neutroni. E questo cambia parecchie cose rispetto a quanto si credeva di sapere.

Per chi non mastica fisica nucleare tutti i giorni, vale la pena spiegare di cosa si parla. Le Isole di Inversione sono zone particolari della mappa dei nuclei atomici dove la struttura interna smette di seguire le regole consuete. Normalmente, protoni e neutroni si organizzano in livelli energetici ben definiti, un po’ come gli elettroni negli atomi. Ma in queste isole, i nuclei abbandonano quella configurazione ordinata e si deformano in modo marcato, assumendo forme allungate o schiacciate che nessuno si aspetterebbe. Fino a oggi, queste anomalie erano state osservate esclusivamente in isotopi molto ricchi di neutroni, cioè nuclei decisamente sbilanciati e lontani dalla cosiddetta “valle di stabilità”. L’idea che potessero comparire anche altrove non era sul tavolo di nessuno.

Il molibdeno che ha sorpreso tutti

Il colpo di scena arriva dagli esperimenti condotti sugli isotopi del molibdeno. I ricercatori hanno confrontato il comportamento di molibdeno 84 con quello del suo vicino molibdeno 86, due nuclei che differiscono per appena due neutroni. Una differenza minima, sulla carta. Eppure il molibdeno 84 si comporta in modo radicalmente diverso dal molibdeno 86. Quest’ultimo segue le previsioni dei modelli tradizionali senza particolari sorprese. Il molibdeno 84, invece, mostra una deformazione nucleare molto più pronunciata, un segnale chiaro che qualcosa di profondo sta cambiando nella sua struttura interna.

La cosa davvero notevole è che il molibdeno 84 ha esattamente 42 protoni e 42 neutroni. Un nucleo perfettamente simmetrico, dove protoni e neutroni si equivalgono in numero. Storicamente, questi nuclei cosiddetti N uguale Z erano considerati tra i più “ben educati” del panorama nucleare. Trovarci dentro un comportamento tipico di una Isola di Inversione è stato, per usare un eufemismo, inaspettato.

Perché questa scoperta conta davvero

Quando una scoperta sperimentale contraddice decenni di modelli teorici, la comunità scientifica presta attenzione. E a ragione. L’esistenza di una nuova Isola di Inversione in una regione così diversa da quelle conosciute costringe a ripensare i meccanismi fondamentali che governano la coesione e la forma dei nuclei atomici. I modelli a shell, che descrivono come protoni e neutroni occupano i livelli energetici, dovranno probabilmente essere aggiornati per tenere conto di queste nuove evidenze.

C’è poi un aspetto pratico che non va sottovalutato. Comprendere meglio le deformazioni nucleari e le condizioni in cui si manifestano ha ricadute dirette sull’astrofisica nucleare, perché questi fenomeni influenzano i processi di nucleosintesi che avvengono nelle stelle e nelle esplosioni di supernova. In altre parole, capire perché il molibdeno 84 si comporta così potrebbe aiutare a spiegare come si formano gli elementi pesanti nell’universo.

La scoperta apre anche interrogativi affascinanti. Se una Isola di Inversione può nascondersi tra nuclei N uguale Z, quante altre potrebbero essercene in regioni della carta dei nuclidi che finora nessuno ha pensato di esplorare con la giusta attenzione? Il fatto che bastino due neutroni di differenza per passare da un comportamento regolare a uno fortemente deformato suggerisce che la fisica nucleare riserva ancora sorprese significative, e che la mappa completa del comportamento dei nuclei è tutt’altro che definitiva.

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