INNOVAZIONE
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I fotoni “incollano” la materia Inedite opportunità per la creazione di materiali innovativi
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n fisica, il fotone è il quanto di energia elettromagnetica. mostrato per la prima volta che i fotoni, le particelle che componPrecisamente, un’onda elettromagnetica di frequenza v può gono la luce, possono essere usate per tenere insieme particelle con essere pensata come costituita da particelle, appunto i fotocarica negativa, creando una nuova forma di materia denominata ni, in moto con la velocità dell’onda, c, ciascuno dei quali ha Photon Bound Exciton. energia E=bv,b essendo la costante di Plank, e impulso p=bv/c, Il team è guidato da Simone De Liberato dell’Università di quest’ultimo diretto nel verso di propagazione dell’onda. Southampton e svolto nell’ambito del progetto europeo FETIl fotone fu introdotto nel 1905 come ipotesi euristica da AlOpen MIR- BOSE coordinato da Raffaele Colombelli del Cnrs e bert Einstein, il quale ricavò che la componente ad alta frequenza Universitè Paris- Sud, per verificare una predizione teorica pubblidella radiazione in equilibrio termico in una cavità aveva un comcata solo l’anno precedente, fabbricando un nano- device in grado portamento dinamico per alcuni aspetti analogo a quello di un di intrappolare gli elettroni dentro pozzi quantici nanoscopici. gas perfetto, vale a dire di un insieme discreto di particelle. Una Giorgio Biasiol del Cnr- Iom, che ha guidato il gruppo che si è prima risultanza della realtà fisica del fotone fu fornita nel 1915 occupato delle crescita delle strutture a pozzo quantico con la tecdallo studio sperimentale dell’effetto fotoelettrico di superficie, innica MBE (Molecular BEAM Epitaxy) mentre Iacopo Carusotto terpretato da Einstein già alcuni anni prima. del Cnr- Ino si è occupato della progettazione Il dualismo solo apparente tra le proprietà dell’esperimento, ha spiegato: “ Prima abbiaIl fotone fu introdotto corpuscolari dei fotoni e quelle ondulatorie mo sintetizzato questo dispositivo nanometridi una radiazione si risolve nell’ambito della co, poi lo abbiamo racchiuso tra due specchi nel 1905 come meccanica quantistica. Il fotone è accoppiad’oro, che hanno intrappolato i fotoni e focaipotesi euristica to a tutte le particelle cariche in proporzione lizzato l’energia luminosa vicino agli elettroni, alla loro carica elettrica e lo scambio di fotoaumentando notevolmente l’interazione tra da Albert Einstein ni media le interazioni elettromagnetiche tra luce e materia. E’ stato dunque osservato che particelle cariche. un elettrone rimane intrappolato nel pozzo, Cariche positive e negative si attraggono, formano atomi, molegato agli altri elettroni a carica negativa in una nuova configuralecole e tutto ciò che, comunemente, chiamiamo materia. Al conzione elettronica stabilizzata dal fotone”. trario, cariche negative si respingono e, per poter formare oggetti Biasiol ha così concluso: “ Questo esperimento ha confermacome gli atomi, con legami al loro interno, è necessaria una “super to ciò che ci si aspettava alla luce dell’effetto fotoelettrico, la cui colla”, in modo da compensare la repulsione elettrostatica eserciscoperta è valsa ad Albert Einstein il premio Nobel nel 1921 e, tata dalle particelle e così tenerle insieme. sostanzialmente, dimostra la possibilità di progettare nuovi atomi In uno studio pubblicato sulle rivista Nature Physics, un team artificiali, ampliando notevolmente l’elenco dei materiali disponiinternazionale di ricerca, con la collaborazione dell’Istituto offibili per le applicazioni scientifiche e tecnologiche e, in particolare, cina dei materiali del Cnr- Iom di Trieste, l’Istituto nazionale di dispositivi fotonici. Si è così verificata la possibilità di utilizzare la ottica (Cnr- Ino) di Trento e l’Istituto di fotonica e nanotecnologie luce come una sorta di cerniera subatomica, capace di legare insie(Cnr- Ifn) di Milano del Consiglio nazionale delle ricerche ha dime gli elettroni per creare nuovi oggetti simili ad atomi”. (P. S.).
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Il Giornale dei Biologi | Ottobre 2020
