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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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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La comunicazione quantistica potrebbe presto fare un salto enorme grazie a un materiale che nessuno si aspettava: il vetro. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Padova, del Politecnico di Milano e dell’Istituto CNR per la Fotonica e le Nanotecnologie ha dimostrato che un semplice chip in vetro borosilicato, inciso con un laser a femtosecondi, può funzionare come un dispositivo di sicurezza quantistica ad alte prestazioni. Lo studio, pubblicato sulla rivista Advanced Photonics nel marzo 2026, apre scenari piuttosto concreti per chi si preoccupa della vulnerabilità dei sistemi crittografici attuali di fronte alla crescita dei computer quantistici.

Il punto è questo: man mano che i computer quantistici diventano più potenti, i metodi di crittografia tradizionali rischiano di diventare carta straccia. La crittografia quantistica rappresenta una delle risposte più solide a questo problema, perché si basa sulle leggi della fisica e non sulla complessità matematica. Ma finora servivano dispositivi complicati, costosi e poco pratici. Ed è qui che entra in gioco il vetro.

Perché il vetro batte il silicio nella fotonica quantistica

La maggior parte dei ricevitori integrati per la comunicazione quantistica è realizzata in silicio. Funziona, certo, ma il silicio ha dei limiti: è sensibile alla polarizzazione della luce e tende ad avere perdite ottiche più elevate. Due problemi che, quando si lavora con segnali quantistici debolissimi, diventano ostacoli seri.

Il vetro borosilicato, al contrario, è naturalmente insensibile alla polarizzazione, molto stabile e consente di scrivere guide d’onda tridimensionali con perdite minime. Usando la tecnica della scrittura laser a femtosecondi, il team ha creato un circuito fotonico direttamente dentro il materiale. Niente processi di fabbricazione da semiconduttore, niente costi esorbitanti. Il risultato è un ricevitore eterodina completamente accordabile che include divisori di fascio fissi e regolabili, sfasatori termo ottici per il controllo elettrico di precisione, incroci tridimensionali delle guide d’onda e accoppiatori direzionali indipendenti dalla polarizzazione.

Le prestazioni parlano chiaro: perdita di inserzione bassissima (circa 1 dB), funzionamento stabile per oltre 8 ore, rapporto di reiezione del modo comune superiore a 73 dB. Numeri che eguagliano o superano quelli dei migliori ricevitori fotonici in silicio.

Un solo chip, due tecnologie quantistiche da record

La cosa davvero notevole è che questo singolo chip in vetro riesce a gestire due applicazioni diverse senza bisogno di hardware separato. Come generatore quantistico di numeri casuali (QRNG), il dispositivo ha raggiunto una velocità di generazione sicura di 42,7 Gbit/s, un record per questa categoria di sistemi. Lo stesso chip è stato poi utilizzato per un protocollo di distribuzione quantistica delle chiavi (QKD) basato su modulazione QPSK, raggiungendo un tasso di chiave segreta di 3,2 Mbit/s su un collegamento in fibra simulato di 9,3 chilometri.

Oltre ai numeri, quello che conta è la prospettiva. Il vetro è economico, resistente alle variazioni di temperatura e agli stress meccanici, e si accoppia facilmente con le fibre ottiche standard delle telecomunicazioni. Tutte caratteristiche che lo rendono adatto non solo ai laboratori ma anche a infrastrutture reali, comprese potenziali applicazioni nello spazio. La comunicazione quantistica su scala globale richiede esattamente questo tipo di piattaforma: robusta, versatile e scalabile. E a quanto pare, la risposta era sotto gli occhi di tutti, nascosta dentro un pezzo di vetro.

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I nuovi Apple M5 Pro e M5 Max nascondono una scelta progettuale che vale la pena raccontare. Per raggiungere livelli di prestazioni così elevati, gli ingegneri di Cupertino hanno fatto qualcosa di insolito: hanno preso una tecnologia nata per i chip più grandi e costosi della famiglia e l’hanno portata un gradino più in basso, dove nessuno se lo aspettava.

Il concetto chiave si chiama UltraFusion, un’architettura di interconnessione che Apple aveva sviluppato inizialmente per i suoi processori Ultra. In pratica, si tratta di una tecnica che permette di impilare e collegare più die di silicio tra loro con una larghezza di banda enorme e una latenza bassissima. Fino a oggi, questa soluzione era riservata ai chip di fascia altissima come l’M2 Ultra e l’M3 Ultra, pensati per workstation e configurazioni professionali estreme.

Come funziona il design a die impilati

Anand Shimpi, figura storica del mondo tech e oggi parte del dipartimento Hardware Technologies di Apple, ha spiegato in un’intervista rilasciata a Heise Online (poi ripresa da WCCFTech) che l’esperienza maturata con UltraFusion è stata fondamentale. Quella tecnologia ha insegnato al team come gestire la comunicazione tra blocchi di silicio separati senza sacrificare velocità o efficienza energetica.

Il risultato? I nuovi M5 Pro e M5 Max sfruttano un approccio a die impilati (stacked dies) che consente di aumentare la densità dei transistor e la potenza di calcolo senza far esplodere le dimensioni fisiche del chip. È un po’ come costruire un palazzo in verticale quando lo spazio a terra è limitato. La comunicazione tra i vari livelli avviene con una velocità tale che, dal punto di vista del software, tutto sembra un unico blocco monolitico.

Perché questa scelta cambia le carte in tavola

La cosa davvero interessante è il principio alla base della decisione. Apple avrebbe potuto limitarsi a ridimensionare i chip Ultra per creare versioni meno potenti. Invece ha fatto il contrario: ha preso la lezione appresa costruendo i processori più complessi e l’ha applicata ai modelli che finiscono dentro i MacBook Pro e le altre macchine di fascia alta ma non estrema.

Questo significa che chi acquista un portatile con M5 Pro o M5 Max beneficia, almeno in parte, della stessa filosofia ingegneristica dei sistemi da migliaia di euro. Le prestazioni ne guadagnano in modo tangibile, soprattutto nei carichi di lavoro che richiedono grande banda passante tra CPU e GPU, come il rendering video, la compilazione di codice pesante o i flussi di lavoro legati all’intelligenza artificiale.

Apple, insomma, continua a far circolare le idee migliori all’interno della propria linea di processori. E il fatto che l’architettura UltraFusion stia filtrando verso il basso è un segnale chiaro: nei prossimi anni, la distinzione tra chip “normali” e chip Ultra potrebbe assottigliarsi parecchio.

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Le celle solari a perovskite invertita rappresentano una delle frontiere più promettenti per l’energia solare di nuova generazione. Costi di produzione potenzialmente bassi, scalabilità industriale e prestazioni in costante miglioramento le rendono candidate serie per affiancare, e forse un giorno sostituire, il silicio tradizionale. Eppure, fino a oggi, un problema nascosto ne ha frenato il pieno potenziale: un’interfaccia sepolta all’interno del dispositivo, difficile da controllare, che compromette sia l’efficienza che la durata nel tempo. Un gruppo di ricercatori ha trovato una soluzione elegante, e i risultati fanno davvero alzare un sopracciglio.

Il punto critico sta in quello che succede durante la formazione del film di perovskite. Quando il materiale viene depositato e poi riscaldato, la qualità dello strato che si forma a contatto con il substrato sottostante (la famosa interfaccia sepolta, o buried interface) è sempre stata un tassello debole. Difetti, porosità, disomogeneità: tutti fattori che degradano le proprietà elettroniche e accelerano l’invecchiamento della cella. Il guaio è che questo strato è letteralmente sepolto, quindi intervenire su di esso dopo la fabbricazione non è un’opzione praticabile.

Nanoseed cristallo-solvato: come funziona l’approccio

La novità introdotta dai ricercatori si chiama crystal-solvate nanoseeds, ovvero nanosemi a base di solvato cristallino. L’idea, spiegata in modo semplice, è questa: si inseriscono nel precursore della perovskite delle minuscole particelle cristalline che contengono solvente intrappolato nella loro struttura. Durante la fase di riscaldamento, questi nanoseed fanno due cose contemporaneamente. Da un lato, fungono da punti di nucleazione, guidando la crescita cristallina in modo ordinato e uniforme. Dall’altro, rilasciano il solvente in maniera graduale e controllata, evitando la formazione di vuoti o difetti nello strato.

Il risultato è un film di perovskite più liscio, più denso e con proprietà elettroniche nettamente migliori proprio dove serve di più, cioè all’interfaccia sepolta. Questo doppio meccanismo, nucleazione guidata e rilascio controllato del solvente, è ciò che distingue questo approccio da tentativi precedenti che agivano solo su uno dei due fronti.

Efficienza record e prospettive di scala industriale

I numeri parlano chiaro. Un mini-modulo di grandi dimensioni realizzato con questa tecnica ha raggiunto un’efficienza del 23,15%, con perdite di scalatura minime rispetto alle celle di laboratorio più piccole. E questo è un dato che conta parecchio, perché uno dei problemi storici delle perovskiti è proprio il calo di prestazioni quando si passa dalla cella da banco al modulo vero e proprio. Mantenere quell’efficienza su un’area più ampia significa che la tecnologia è concretamente più vicina alla produzione su larga scala.

Ma non è solo questione di efficienza. La stabilità del dispositivo migliora sensibilmente, perché un’interfaccia sepolta di qualità superiore riduce i percorsi di degradazione che normalmente accorciano la vita utile delle celle solari a perovskite invertita. E la stabilità, nel fotovoltaico commerciale, vale quanto l’efficienza.

Guardando al quadro complessivo, questo lavoro dimostra che affrontare i problemi delle perovskiti richiede soluzioni che agiscano a livello di processo, non solo di composizione chimica. I nanoseed cristallo-solvato non aggiungono complessità produttiva significativa, eppure risolvono un collo di bottiglia che limitava le celle solari a perovskite invertita da anni. È il tipo di innovazione che non fa rumore sui giornali generalisti, ma che gli addetti ai lavori riconoscono immediatamente come un passo avanti sostanziale verso il fotovoltaico di prossima generazione.

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La pentasilaciclopentadienide esiste davvero. E no, non è solo un nome impronunciabile da manuale di chimica. È una molecola che per quasi mezzo secolo ha fatto impazzire i ricercatori di tutto il mondo, convinti da una parte che potesse esistere, e dall’altra che la natura non avrebbe mai permesso di costruirla. Eppure, un gruppo di chimici della Saarland University in Germania ce l’ha fatta. Il risultato è stato pubblicato sulla rivista Science nel febbraio 2026, e rappresenta una di quelle scoperte che spostano davvero i paletti di quello che si riteneva possibile nella chimica del silicio.

La storia è più o meno questa. Il professor David Scheschkewitz, docente di Chimica Generale e Inorganica, insieme al suo dottorando Ankur e a Bernd Morgenstern del Centro di Diffrazione a Raggi X dello stesso ateneo, è riuscito a sintetizzare un composto aromatico in cui tutti gli atomi di carbonio sono stati sostituiti con atomi di silicio. Detto così sembra quasi banale, ma è tutt’altro. Per capire la portata della cosa bisogna fare un passo indietro e parlare di cosa rende speciali le molecole aromatiche.

Perché l’aromaticità conta (e perché col silicio era così difficile)

Le molecole aromatiche sono tra le strutture più stabili che esistano in chimica organica. Il nome può trarre in inganno: non c’entra tanto il profumo, anche se storicamente le prime sostanze aromatiche scoperte nell’Ottocento avevano effettivamente odori caratteristici. Quello che le rende speciali è la distribuzione degli elettroni. In pratica, in un anello aromatico gli elettroni non stanno fermi su un singolo atomo ma si distribuiscono in modo uniforme lungo tutta la struttura ad anello piatto. Questo fenomeno segue la cosiddetta regola di Hückel, dal nome del fisico tedesco Erich Hückel, ed è proprio questa distribuzione omogenea a conferire una stabilità fuori dal comune.

Nel mondo del carbonio, tutto questo funziona benissimo. Il ciclopentadienide, per esempio, è un anello a cinque atomi di carbonio perfettamente piatto e aromatico. Ma il silicio è un animale diverso. È più metallico, trattiene meno i propri elettroni e non forma legami con la stessa disinvoltura del carbonio. Creare un anello aromatico interamente fatto di silicio significava forzare questo elemento a comportarsi in un modo che, per decenni, sembrava andare contro la sua stessa natura.

L’unico precedente risaliva addirittura al 1981, quando un gruppo di ricercatori era riuscito a realizzare un analogo al silicio del ciclopropenilio, cioè un anello aromatico a tre atomi. Ma da lì in poi, niente. Ogni tentativo di costruire anelli aromatici al silicio più grandi si era schiantato contro muri sperimentali apparentemente invalicabili.

La svolta e cosa potrebbe significare per il futuro

Dopo quasi cinquant’anni di fallimenti, la pentasilaciclopentadienide è stata finalmente sintetizzata. Un anello a cinque atomi di silicio che mostra tutte le caratteristiche tipiche dell’aromaticità: planarità, distribuzione elettronica uniforme, stabilità anomala. La conferma definitiva che il silicio può fare quello che per tanto tempo si era creduto potesse fare solo il carbonio.

Dettaglio curioso: quasi in contemporanea, il gruppo di Takeaki Iwamoto dell’Università di Tohoku a Sendai, in Giappone, ha ottenuto lo stesso composto in modo indipendente. I due team hanno deciso di pubblicare i rispettivi risultati fianco a fianco nello stesso numero di Science. Una coincidenza che, in fondo, è anche la miglior prova che i tempi erano maturi.

Ma a cosa serve, concretamente? Le molecole aromatiche sono fondamentali nell’industria moderna, soprattutto nella produzione di plastiche come il polietilene e il polipropilene. In quei processi, i composti aromatici rendono i catalizzatori più duraturi e più efficienti. Un anello aromatico al silicio, con le sue proprietà elettroniche radicalmente diverse, potrebbe portare alla creazione di catalizzatori e materiali completamente nuovi, con caratteristiche che oggi possiamo solo intuire.

La pentasilaciclopentadienide non è il punto di arrivo. È, semmai, la prima porta che si apre su un corridoio lunghissimo. Adesso che si sa che questi composti possono esistere e restare stabili, la chimica del silicio ha un nuovo territorio enorme da esplorare. E se la storia insegna qualcosa, è che quando una porta del genere si apre, le sorprese arrivano più in fretta di quanto chiunque si aspettasse.

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