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FISICA/ Dal MIT arriva il materiale "elettro-invisibile"

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Un gruppo di elettroni  Un gruppo di elettroni

Il segreto dell’invisibilità e la possibilità di costruire dispositivi che rendono invisibili è sempre stato un tema ricorrente nell’immaginario fantascientifico e negli ultimi anni la ricerca sui materiali ha prodotto in questa direzione alcuni risultati interessanti. Ad esempio sono stati studiati materiali che azzerano la riflessione della luce, oppure che rendono (quasi) invisibile il corpo che avvolgono (dei piccoli mantelli dell’invisibilità), purché l’oggetto sia di dimensioni ridotte, cioè dell’ordine della lunghezza d’onda della luce incidente.

Prendendo spunto da questo approccio, un gruppo di ricerca del MIT di Boston – guidato dal professor Gang Chen - ha progettato un sistema fisico invisibile non alla luce (onde elettromagnetiche), bensì agli elettroni. In altre parole, elettroni incidenti su questo corpo (chiamiamolo “elettro-invisibile”) passeranno oltre senza essere deviati. Ovviamente le cose non sono così semplici (questi corpi devono avere una dimensione di pochi nanometri), e per il momento l’idea è stata dimostrata solo teoricamente. Tuttavia le simulazioni e i calcoli sembrano molto incoraggianti e si sta cercando di dimostrare in laboratorio la validità del progetto.

A questo punto un non addetto potrebbe pensare che tale invenzione non sia in verità molto interessante. Perché dovrei preoccuparmi di rendere un corpo (per giunta piccolissimo) invisibile agli elettroni?

Prima di rispondere diamo qualche indizio su come funziona questo sistema. Anzitutto ricordiamo che gli elettroni, come ogni altra particella, possono essere descritti anche come onde, interpretazione necessaria per spiegare alcuni loro comportamenti e formalizzata della meccanica quantistica. È proprio da questa analogia degli elettroni con le onde elettromagnetiche che i ricercatori hanno preso ispirazione, cercando di attuare per gli elettroni quello che è stato realizzato pochi anni fa per la luce. Anche qui l’oggetto reso invisibile deve essere di dimensioni comparabili alla lunghezza d’onda delle onde incidenti, cioè, in questo caso, degli elettroni. Consideriamo che gli elettroni liberi di muoversi in un solido a temperatura ambiente hanno energie tipiche di decine di meV, cioè lunghezze d’onda di pochi nanometri, e che quindi questi corpuscoli “elettro-invisibili” devono avere una dimensione simile. 

Il “mantello dell’invisibilità” di questi corpuscoli è costituito da un sottile guscio di materiale con una struttura elettronica diversa, cioè, semplificando molto, dove gli elettroni possiedono una diversa energia rispetto a quella che possiedono nel corpuscolo o nel vuoto circostante. A questo punto il problema fisico della propagazione degli elettroni attraverso questa struttura formata da un nocciolo ricoperto da un guscio (strutture core-shell, già da tempo realizzabili in laboratorio) è analogo a quello di un’onda che incontra in successione un piccolo fosso, un muretto e un altro fosso, che corrispondono all’attraversamento del guscio in entrata, quindi del nocciolo e infine del guscio in uscita. Regolando opportunamente la larghezza e l’altezza dei fossi e del muretto, cioè le dimensioni del guscio e del nocciolo e il materiale di cui sono fatti, è possibile che onde di una certa frequenza (cioè elettroni incidenti con una certa energia) attraversino l’oggetto senza essere minimamente riflesse o deviate. 



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