SCOPERTE/ Come conservare i dati sul PC senza consumare energia

- Marco Marengon

La combinazione di materiali organici crea un prodotto dalle qualità innovative e apre una prosepettiva di applicazione concreta, come spiega il matematico MARCO MARENGON

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Immagine d'archivio

Lavorare col computer consuma elettricità, in quanto esso deve tenere nella memoria provvisoria (la RAM) tutte le informazioni che non sono salvate sul disco fisso. Per dare un’idea di quanto costi, si pensi che è stato calcolato che tutti gli americani insieme paghino 6 miliardi di dollari all’anno per mantenere funzionanti le RAM dei propri computer. In futuro però le cose potrebbero cambiare grazie alla scoperta, da parte di un’équipe di scienziati negli Stati Uniti, di un nuovo materiale che permetterebbe di tenere memorizzati i dati non salvati senza che ci sia bisogno di energia.
Ricordiamo che l’informazione nei computer è memorizzata in stringhe di 0 e di 1 (ad esempio nel codice ASCII la lettera “A” è codificata dalla stringa “1000001”) su due tipi di memorie: la memoria fissa e la RAM. La memoria fissa del computer è materialmente realizzata da tante celle che sono magnetizzate in una direzione (che possiamo chiamare “direzione 0” e che codifica l’informazione “0”) o nella direzione opposta (che chiameremo “direzione 1” in quanto codifica l’informazione “1”) e che mantengono il loro stato, e quindi l’informazione codificata, anche in assenza di corrente; il problema di questo tipo di memoria è che vi si accede in tempi abbastanza lunghi per gli standard. L’altro tipo di memoria (la RAM) risolve questo problema, però è generalmente realizzata con circuiti elettronici, che necessitano di un apporto costante di energia elettrica per continuare a funzionare.
Un’alternativa ai circuiti per fabbricare le memorie RAM è data dai materiali ferroelettrici, noti già da tempo: questi materiali hanno una naturale polarizzazione (una “orientazione privilegiata”), che può essere invertita se vengono immersi in un campo elettrico con orientazione opposta e che resta modificata anche quando il campo elettrico scompare. I materiali ferroelettrici finora conosciuti sono però difficilmente applicabili alla fabbricazione delle RAM in scala industriale per vari motivi, che vanno dal costo elevato degli elementi di cui sono composti al fatto che le RAM eventualmente prodotte sarebbero fisicamente troppo ingombranti. Vi è anche un altro problema da evidenziare: la ferroelettricità di un materiale si manifesta solamente al di sotto di una certa temperatura, detta temperatura di Curie, e per i materiali ferroelettrici finora conosciuti tale temperatura era sempre sotto zero.

La scoperta di un gruppo di ricercatori presso la Northwestern University di Evanston (Illinois), pubblicata su Nature a fine agosto, potrebbe però aprire delle nuove possibilità. Mentre lavoravano in laboratorio ad un esperimento, hanno avuto l’intuizione che due composti organici che stavano utilizzando avrebbero potuto reagire per formare un materiale ferroelettrico. Ciascuno dei due composti è costituito da blocchi elementari carichi uno positivamente e l’altro negativamente: ciò significa che i due composti sono rispettivamente uno povero e l’altro ricco di elettroni. Un blocco elementare ricco di elettroni si lega ad uno povero “donandogli” degli elettroni e creando così un legame chimico molto forte tra il blocco “donatore” e il blocco “ricevente”. Poi si vengono ad instaurare altri legami (più deboli dei precedenti) tra le varie coppie, e in questo modo si formano delle catene di coppie donatori-riceventi, in cui si alternano donatori e riceventi.
Il composto così ottenuto ha un’orientazione naturale, perché le coppie donatore-ricevente provocano una asimmetria (che può essere rappresentata ad esempio da una freccia dal donatore al ricevente). Se questo composto viene immerso in un campo elettrico di orientazione opposta, si rompono i legami più deboli e ciascuna coppia ruota di 180°; infine si riformano i legami deboli, ma non tra gli stessi blocchi di prima: se il donatore di una coppia ha un legame debole con il ricevente della coppia successiva, allora dopo il cambio di orientazione avrà un legame debole con il ricevente della coppia precedente. Il composto così ottenuto risulta dunque ferroelettrico, perché ha un’orientazione privilegiata, che viene modificata se il composto è immerso in un campo elettrico.
Questo materiale presenterebbe due grandi vantaggi rispetto ai composti ferroelettrici finora conosciuti: anzitutto i due composti che lo costituiscono sono organici e questo fa sì che siano facilmente reperibili e a costi contenuti; in secondo luogo la temperatura di Curie del materiale ferroelettrico prodotto in laboratorio a Evanston è superiore alla temperatura ambiente, cioè il materiale è ferroelettrico anche a temperatura ambiente e quindi utilizzabile senza dover tenere la temperatura del composto diversi gradi sotto zero.
Al momento il composto ferroelettrico organico appena scoperto non è ancora utilizzabile per la memorizzazione di dati digitali, perché necessita di alcune modifiche, come spiegato dagli stessi scopritori; tuttavia, per i motivi sopra elencati, la sua scoperta può aprire in futuro la strada per la costruzione di RAM che non necessitino di apporto costante di energia elettrica.



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