I ricercatori della Sapienza hanno individuato il metodo per disegnare le proprietà fisiche del cristallo che controlla la propagazione della luce.
Lo studio su Nature Communications
È un cristallo il cuore dei computer fotonici, i pc del futuro destinati a usare la luce per trasmettere le informazioni. A progettarlo un team della Sapienza che ha individuato il metodo per “disegnare” le caratteristiche del materiale agendo sulle proprietà superficiali delle particelle colloidali. Lo studio, in pubblicazione sulla rivista Nature Communications, è di Flavio Romano e Francesco Sciortino del dipartimento di Fisica della Sapienza.
La metodologia, messa a punto nell’ambito del progetto europeo Patchycolloids finanziato dall’European Research Council, costituisce una risposta importante alla domanda di materiali per le tecnologie emergenti.
Oltre a trovare applicazione nell’ottica quantistica il nuovo metodo consentirà, infatti, di realizzare materiali con caratteristiche fisiche diverse a seconda della direzione con cui vengono sollecitati, potendo per esempio rispondere differentemente agli sforzi di taglio e di compressione.
“Questo studio – spiega Francesco Sciortino, professore di Struttura della Materia alla Sapienza e responsabile scientifico del Progetto – nasce da un’intuizione del giovane ricercatore Flavio Romano. Dopo mesi di analisi di modelli che cristallizzavano in strutture polimorfiche Romano ha verificato la possibilità di “assemblare” un cristallo perfetto agendo sulle proprietà superficiali delle particelle colloidali”. Il metodo si basa sulla aggregazione spontanea delle particelle in monocristalli colloidali dalla morfologia ben definita. In natura questo fenomeno di auto-aggregazione da origine a strutture policristalline, come l’opale, dai variegati colori.
Il lavoro teorico, verificato con simulazioni al calcolatore, si basa su un’indagine numerica svolta sui colloidi Janus a tre bande, particelle colloidali recentemente sintetizzate la cui superficie è caratterizzata da tre regioni: due (esterne) attrattive ed una (interna) repulsiva. Flavio Romano, attualmente all’Università di Oxford, spiega che se le regioni attrattive sono disegnate a forma triangolare è possibile, con una opportuna orientazione delle due regioni, selezionare la struttura cristallina richiesta. Un’orientazione genera un puro reticolo tetrastack, una struttura dalle proprietà fotoniche molto attraenti, un’altra genera un clatrato, un cristallo in cui le particelle nella cella unitaria si dispongono ai vertici di un dodecaedro, una struttura analoga ai vertici di un pallone da calcio (vedi immagini). In entrambi i casi comunque senza l’interferenza di polimorfismi .
“Ci auguriamo che questo nostro lavoro – conclude Francesco Sciortino – possa a breve essere utilizzato nei laboratori e nelle applicazioni industriali.”