Di seguito gli interventi pubblicati in questa sezione, in ordine cronologico.

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Un'immagine astratta che rappresenta una copertura nanostrutturata per il controllo della radiazione solare

La gestione del calore è una delle sfide più grandi del nostro tempo. Dai grattacieli che surriscaldano le città ai satelliti che operano nello spazio, il controllo termico è fondamentale. I metamateriali intelligenti, coperture nanostrutturate in grado di riflettere totalmente la radiazione solare ed emettere calore nello spazio, rappresentano una rivoluzione in questo campo. LEGGI TUTTO L'ARTICOLO.


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La fisica del raffreddamento passivo
Il principio alla base di questi metamateriali è noto come "raffreddamento radiativo". Tutti gli oggetti sulla Terra emettono calore sotto forma di radiazione infrarossa. Tuttavia, l'atmosfera intrappola gran parte di questo calore, riflettendolo indietro. Esiste però una "finestra" nello spettro infrarosso, tra le lunghezze d'onda di 8 e 13 micrometri, dove l'atmosfera è quasi trasparente. La radiazione emessa in questa specifica banda può sfuggire direttamente nello spazio freddo, che ha una temperatura di circa -270 gradi Celsius. I metamateriali intelligenti sono progettati per emettere la loro energia termica proprio in questa finestra, mentre allo stesso tempo riflettono quasi tutta la radiazione solare in arrivo. In questo modo, un oggetto rivestito con questo materiale si raffredda da solo, senza consumare energia.

Strutture su scala nanometrica
Le coperture sono realizzate con materiali come il biossido di silicio o l'ossido di afnio, disposti in strati di spessore nanometrico, cioè miliardesimi di metro. A questa scala, la luce interagisce con il materiale in modo non convenzionale, seguendo le leggi dell'ottica quantistica. I ricercatori possono "ingegnerizzare" la struttura per far sì che rifletta specifiche lunghezze d'onda e ne assorba altre. Questo processo di progettazione, che si avvale di complessi algoritmi di simulazione, permette di ottenere superfici che si comportano come "specchi termici", in grado di respingere il calore del sole e di disperdere quello interno verso il cosmo, un risultato che fino a pochi anni fa sembrava fantascienza.

Applicazioni future: dagli edifici ai dispositivi portatili
Le potenziali applicazioni di questa tecnologia sono immense. In edilizia, un rivestimento di questo tipo potrebbe ridurre drasticamente il fabbisogno di aria condizionata, abbattendo i consumi energetici e le emissioni di anidride carbonica. Nell'industria automobilistica, potrebbe mantenere fresche le auto parcheggiate al sole. Nel settore spaziale, potrebbe proteggere i telescopi e i dispositivi elettronici dalle estreme escursioni termiche. Si pensa anche a dispositivi indossabili o a tessuti intelligenti in grado di regolare la temperatura corporea. La sfida attuale è quella di rendere questi materiali economici e facilmente producibili su larga scala, ma il loro potenziale di rivoluzionare il nostro modo di gestire l'energia e il clima è fuori di dubbio.

I metamateriali per il controllo termico radiativo sono un perfetto esempio di come la nanotecnologia e la fisica quantistica possano offrirci strumenti innovativi per affrontare le sfide energetiche e ambientali del nostro futuro.

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Un magnete levita sopra un superconduttore raffreddato, mentre all'interno gli elettroni formano coppie di Cooper.

Immaginate cavi elettrici senza perdite, treni che levitano, computer velocissimi. La superconduttività promette tutto questo, ma i materiali che la mostrano a temperature pratiche sono un rebus. La fase “metallo strano” che li precede sfida ogni teoria. LEGGI TUTTO L'ARTICOLO.


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La magia delle coppie di Cooper
Nel 1911 il fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes scoprì che il mercurio, raffreddato a pochi gradi sopra lo zero assoluto (-273 °C), perdeva completamente la resistenza elettrica. La corrente poteva scorrere all'infinito senza disperdere energia. Era nata la superconduttività.

Solo nel 1957 la teoria BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer) spiegò il fenomeno: a temperature bassissime, gli elettroni di carica negativa, anzichè respingersi, riescono ad accoppiarsi in “coppie di Cooper” grazie alle vibrazioni degli atomi del reticolo cristallino, i fononi. Queste coppie scivolano nel materiale senza attriti, come un branco di pattinatori che si tiene per mano e non cade mai.

I superconduttori ad alta temperatura e i metalli strani
Nel 1986 fu scoperta una nuova famiglia di materiali, i cuprati (a base di rame), capaci di diventare superconduttori a temperature superiori a 90 K (-183 °C), e successivamente a pressioni enormi anche a -23 °C. Più di recente, i nichelati (ossidi di nichel) e i superidruri compressi (come LaH10) hanno raggiunto temperature critiche fino a 250 K (-23 °C).

Ciò che rende questi materiali misteriosi è lo stato che precede la superconduttività: il “metallo strano”. In un metallo normale, la resistività elettrica cresce con il quadrato della temperatura (R ∝ T²). Nei metalli strani, invece, cresce in modo lineare (R ∝ T), violando la teoria del liquido di Fermi. È come se gli elettroni perdessero la loro identità individuale e si muovessero in un groviglio quantistico.

Un “kink” rivelatore
Nel maggio 2026, un team internazionale guidato da ricercatori cinesi ha usato la spettroscopia di fotoemissione risolta in angolo (ARPES) per fotografare gli elettroni in un nichelato bistrato, un materiale dalla struttura cristallina detta Ruddlesden-Popper. Hanno trovato un gap superconduttivo senza nodi, compatibile con una simmetria di accoppiamento di tipo s±, e un “kink” nella dispersione energetica a circa 70 millesimi di elettronvolt sotto il livello di Fermi. Questo kink è la firma di un forte accoppiamento tra elettroni e un “bosone” ancora misterioso, forse legato a fluttuazioni magnetiche.

Vecchie idee per nuovi materiali
La caccia al superconduttore a temperatura ambiente ha radici profonde. Già nel 1964 William Little aveva proposto che lunghe molecole organiche potessero ospitare superconduttività mediata da eccitoni (coppie elettrone-lacuna) invece che da fononi. Vitaly Ginzburg immaginava strutture a sandwich per superare le instabilità dei materiali unidimensionali. Oggi queste intuizioni rivivono nei superconduttori a base di idrogeno e nelle eterostrutture di ossidi.

Nei film sottili, spesso un solo strato di atomi, la superconduttività deve fare i conti con fenomeni come la cristallizzazione di Wigner (gli elettroni si dispongono in un reticolo rigido) e la transizione di Berezinsky-Kosterlitz-Thouless (BKT), che governa la formazione di vortici quantistici. La competizione tra ordine superconduttivo e ordini di carica (onde di densità) rende il quadro estremamente complesso. Realizzare un superconduttore che funzioni a temperatura e pressione ambiente sarebbe una rivoluzione paragonabile all'invenzione del transistor. Ogni “kink” e ogni metallo strano ci avvicinano a comprendere come domare gli elettroni, e forse un giorno l'energia elettrica viaggerà senza sprechi, cambiando per sempre il nostro mondo.