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Il recente finanziamento di 1,5 milioni di euro (Fondo Italiano per la Scienza / ERC Starting Grant) assegnato ad Alice Sciortino dell’Università di Palermo per il progetto RAPID, accende i riflettori su uno dei fenomeni più complessi e promettenti della fisica quantistica: la superfluorescenza.

Non si tratta di semplice emissione di luce, ma di un cambio di paradigma nel comportamento della materia a livello nanoscopico.

Che cos'è la Superfluorescenza

A differenza della fluorescenza standard, dove gli atomi o le molecole emettono fotoni in modo indipendente e casuale (incoerente), la superfluorescenza è un fenomeno collettivo.

Quando un insieme di emettitori viene eccitato, questi non scaricano la loro energia singolarmente. Al contrario, interagiscono attraverso il campo elettromagnetico comune, sincronizzando le loro fasi quantistiche. Il risultato è che l'intero gruppo di particelle agisce come un unico macro-dipolo.

L'emissione risultante ha caratteristiche uniche:

- Intensità: Scala con il quadrato del numero di emettitori ($N^2$), generando un picco di luce estremamente intenso e breve (impulso), molto più potente della somma delle singole emissioni. - Spontaneità: Avviene senza bisogno di specchi o cavità ottiche (necessarie invece nei laser), emergendo dal rumore quantistico del vuoto. Il Progetto RAPID

Attualmente, la superfluorescenza è osservabile solo in materiali molto specifici (come le perovskiti) e a temperature criogeniche estreme, il che ne impedisce l'uso pratico.

Alice Sciortino

L'obiettivo della ricerca di Sciortino è ottenere questo stato a temperatura ambiente. La chiave risiede nell'ingegnerizzazione dei materiali:

- Nanomateriali Ibridi: Si utilizzano combinazioni di molecole organiche fluorescenti e nanostrutture inorganiche. - Metal-Organic Frameworks (MOFs): Questa è la componente strutturale critica. I MOFs sono strutture cristalline porose che fungono da "impalcatura". Inserendo gli emettitori all'interno dei pori ordinati dei MOFs, si forza una geometria precisa. Questa disposizione spaziale controllata è fondamentale per favorire l'interazione cooperativa necessaria alla sincronizzazione, evitando che l'agitazione termica distrugga la coerenza quantistica. Dai Sensori alla Luce "Autonoma"

Padroneggiare la superfluorescenza a temperatura ambiente aprirebbe scenari tecnologici inediti:

- Sorgenti di Luce Coerente senza Cavità: Permetterebbe la creazione di dispositivi simili ai laser ma più compatti, economici e capaci di generare impulsi ultrabrevi senza hardware complesso. - Sensori Quantistici Avanzati: Poiché il fenomeno dipende dallo stato collettivo di molti emettitori, è estremamente sensibile alle perturbazioni esterne. Questo principio può essere sfruttato per creare sensori bio-chimici o rilevatori di campi elettromagnetici di precisione assoluta. - Crittografia e Calcolo Quantistico: La capacità di generare stati di luce "entangled" (intrecciati) e coerenti su richiesta è alla base della trasmissione sicura di informazioni e delle porte logiche nei computer quantistici ottici.

Ecco la sezione conclusiva integrata, che unisce le previsioni sui campi di applicazione (medico ed elettronico) con l'importanza strategica del funzionamento a temperatura ambiente.

Puoi aggiungere questa parte in fondo all'articolo precedente:

Verso l'Elettronica e la Diagnostica del Futuro

Il finanziamento quinquennale garantisce al progetto RAPID la stabilità necessaria per trasformare modelli teorici in prototipi materiali. L'ottimizzazione della superfluorescenza promette di generare risultati tangibili a breve termine in due settori critici:

- Ambito Medico e Diagnostico: L'intensità estrema degli impulsi di luce superfluorescente potrebbe rivoluzionare l'imaging biomedico. Nanoparticelle ingegnerizzate per agire come agenti di contrasto "superfluorescenti" offrirebbero un rapporto segnale-rumore molto più elevato rispetto ai marcatori attuali. Ciò permetterebbe la rilevazione di patologie a stadi molto precoci, dove la concentrazione di marcatori biologici è troppo bassa per essere vista con la fluorescenza tradizionale. - Optoelettronica e Fotonica: L'integrazione di questi materiali nei circuiti permetterebbe di sviluppare interconnessioni ottiche ultra-veloci a basso consumo. Sostituire i collegamenti elettrici con impulsi di luce coerente ridurrebbe drasticamente la latenza e la dissipazione di calore nei microprocessori. Il Fattore Temperatura Ambiente

La vera chiave di volta della ricerca di Alice Sciortino rimane il superamento del vincolo termico. Attualmente, molte tecnologie quantistiche restano confinate in laboratorio a causa della necessità di sistemi di raffreddamento criogenici ingombranti ed energivori.

Il DNA con nanomateriali ora “pensa” e “ricorda”, una prima mondiale. Nanomateriali e DNA uniti per creare un sistema di archiviazione e calcolo rivoluzionario. Mille laptop in una gomma da matita? Ora si può. Immaginate di poter conservare l’intera biblioteca nazionale di Firenze, la più grande d’Italia, in una goccia d’acqua. Ora immaginate che quella stessa goccia possa anche risolvere equazioni complesse. Per la prima volta, gli scienziati hanno creato un sistema che non solo archivia dati, ma li elabora anche. E tutto questo in uno spazio più piccolo di un granello di sabbia, grazie ai nanomateriali. Dai nanomateriali un salto quantico nell’informatica biologica In un laboratorio della North Carolina State University, un team di ricercatori guidato dal professor Albert Keung ha appena compiuto un passo da gigante nel campo dell’informatica molecolare. Per la prima volta, hanno dimostrato che è possibile creare un sistema basato sul DNA capace non solo di archiviare dati, ma anche di elaborarli. È come se avessero miniaturizzato un intero data center in una molecola.

Albert Keung Dalla doppia elica al doppio ruolo Fino ad ora, l’idea di utilizzare il DNA per l’archiviazione dei dati era già stata esplorata. Dopotutto, la natura usa questa molecola per conservare le istruzioni della vita da miliardi di anni. Ma c’era un problema: una volta scritti i dati, come elaborarli? Keung e il suo team hanno trovato la risposta nei nanomateriali: uno in particolare chiamato “dendricolloide”. Questo nanomateriale, che assomiglia a un groviglio microscopico di rami, fornisce l’impalcatura perfetta per il DNA. È come se avessero creato un “parco giochi molecolare” dove le sequenze di DNA possono essere scritte, lette, cancellate e riscritte a piacimento. Un computer grande quanto una gomma da matita “Potresti inserire i dati di mille laptop in uno spazio grande quanto una gomma da matita”, spiega Keung con un entusiasmo contagioso. E non stiamo parlando solo di archiviazione statica. Questo sistema può eseguire calcoli, risolvere problemi e persino giocare a scacchi. Tutto questo in uno spazio così piccolo che fareste fatica a vederlo senza un microscopio. Il segreto sta nella struttura unica dei nanomateriali usati, i dendricolloidi. Orlin Velev, co-autore dello studio (che vi linko qui), li descrive come “strutture polimeriche che si ramificano dal microscala al nanoscala, creando una rete di fibre nanometriche”. Questa struttura fornisce un’enorme superficie su cui depositare il DNA, senza sacrificare la densità dei dati. Ma la vera magia accade quando si inizia a manipolare questo DNA. Grazie a tecniche innovative, i ricercatori possono copiare, cancellare e riscrivere informazioni direttamente sulla superficie del materiale. Un hard disk biologico che può anche fare i calcoli. Dalla teoria alla pratica: sudoku e scacchi molecolari Per dimostrare le capacità di questo sistema, i ricercatori lo hanno messo alla prova con problemi di sudoku e scacchi. E indovinate un po’? Il nostro piccolo genio molecolare li ha risolti senza battere ciglio. Ma non è tutto. I test suggeriscono che questo sistema potrebbe conservare dati in modo sicuro per migliaia di anni. Sarebbe una capsula del tempo digitale in grado di sopravvivere alla nostra civiltà.

Nuovo Post pubblicato su http://www.milanopost.info/2014/05/23/nanomateriali-nuovi/

Nanomateriali nuovi

Milano 23 Maggio – Muone – atomo esotico costituito da un anti-muone e da un elettrone – chiuso dentro una gabbia a forma sferica. I muoni si comportano come sensore complementare ai neutroni, specialmente in ambito di magnetismo, superconduttività e trasporto di cariche.

 (Foto: cortesia ISIS)

 Una collaborazione fra ricercatori inglesi, danesi, brasiliani e tedeschi sta consentendo la messa a punto di una nuova tecnologia per evidenziare e trattare il cancro del seno.

I risultati dello studio sono stati pubblicati il Dicembre 2013 su Journal of Alloys and Compounds (Giornale delle leghe e dei composti).

Gli attuali metodi diagnostici, come la mammografia, sono in grado di rilevare fra il 65 e il 95% dei tumori: quindi è di primaria urgenza lo sviluppo di metodi d’indagine migliori.

Se non rilevato e trattato precocemente, il cancro al seno si può diffondere in altre zone corporee, aumentando la probabilità che la malattia diventi letale.

Per sviluppare un nuovo nano-composto che il team spera possa eventualmente portare a un rilevo precoce e a una terapia migliore del cancro al seno, il gruppo di ricercatori ha usato l’apparecchiatura Polaris della sorgente pulsata di creazione di neutroni e muoni ISIS, nel Laboratorio Rutherford Appleton (Harwell, Oxford, UK). ISIS genera fasci di neutroni e muoni che consentono agli scienziati di studiare i materiali a livello atomico utilizzando una serie di strumenti, frequentemente descritti come super-microscopi. Aiuta una comunità nazionale e internazionale di oltre duemila scienziati che impiegano i neutroni e i muoni per ricerche in fisica, chimica, scienza dei materiali, geologia, tecnica e biologia.

Il nuovo materiale sfrutta il fatto che le cellule cancerogene attraggono una molecola chiamata hydroxyapatite, un componente delle ossa. I ricercatori stanno sviluppando nanoparticelle magnetiche rivestite con un polimero biocompatibile che contiene nano cristalli di hydroxyapatite. Quando introdotte nel corpo, queste nanoparticelle dovrebbero dirigersi direttamente fin alle cellule cancerose e in tal modo renderebbero molto più agevole la rilevazione del tumore con una scansione RM.

Le nano particelle non solo sarebbero di aiuto nella scoperta del tumore, ma potrebbero anche contribuire a bloccare le metastasi verso altre zone corporee, poiché è conosciuto come l’hydroxyapatite sia in grado di eliminare quella particolare proprietà dell’ attività tumorale.

La fase successiva della ricerca sarà l’incorporazione di agenti antitumorali nelle nanoparticelle: la natura magnetica delle nanoparticelle consentirebbe di farle muovere verso la sede del tumore, servendosi di magneti posti fuori del corpo. Nel caso si potessero aggiungere alle particelle farmaci antitumorali, esse potrebbero essere utilizzate per far giungere il mezzo terapeutico direttamente nell’area tumorale, ottimizzando l’efficacia del trattamento e riducendo il rischio di effetti collaterali: immaginate una flotta di piccoli droni con armi anticancro, piazzati proprio dove servono.

La ricerca è ai primi stadi e prima che possa essere trasformata in un trattamento, secondo i ricercatori, ha necessità di studio approfondito.

da MedImaging.net 

  Costruite microbatterie quanto un granello di sabbia con stampanti 3D.