Costruita a Trieste la macchina capace di creare la materia un atomo alla volta: un unicum in Italia

Quando nel 1869 Mendeleev pubblicò la sua tavola periodica, ordinando gli elementi secondo il peso atomico, non poteva immaginare che oltre 150 anni dopo quella stessa tavola sarebbe diventata il punto di partenza per un cambio di paradigma. Nei laboratori dell’Università di Trieste e di Elettra Sincrotrone il gruppo di ricerca del professor Alessandro Baraldi ha infatti sviluppato e costruito Enac (Exact Number of Atoms in each Cluster), una delle pochissime macchine al mondo capace di “fabbricare” la materia atomo per atomo.

La tavola periodica, spiega la dottoranda Deborah Perco, prima firmataria dello studio pubblicato sulla prestigiosa rivista Journal of the American Chemical Society, «riporta gli elementi ordinandoli in base al peso atomico, dividendoli in famiglie con proprietà simili».

Ma cosa succede passando dagli atomi singoli alla materia macroscopica? «Desideriamo comprendere le proprietà della materia in quella che chiamiamo la terza dimensione della tavola periodica: il territorio inesplorato tra elementi singoli e materiali macroscopici, laddove ogni singolo atomo conta». La macchina che seleziona gli atomi «è una macchina complicata, unica nel panorama della ricerca italiana», spiega Baraldi.

L’ulteriore unicità sta nell’essere la sola a livello mondiale accoppiata alla luce di sincrotrone. Il funzionamento ricorda un setaccio delle meraviglie. «Un laser molto potente colpisce un bersaglio metallico dell’elemento di cui vogliamo generare i nanoclusters», spiega Perco. Il punto si scalda a qualche migliaia di gradi, vaporizzando il materiale. «Viene immesso elio, che trasporta e raffredda ciò che viene prodotto, facendolo condensare in piccoli aggregati atomici». «Gestendo oltre 50 parametri, generiamo un campo elettromagnetico», continua Perco, «che lascia passare solo i granelli che desideriamo, solo quelli con un esatto numero di atomi». La precisione è straordinaria. «Vogliamo Rutenio 3? Oppure Platino 8? Bene, possiamo costruire la materia con il numero di atomi che desideriamo», racconta Baraldi.

«Cosa rende particolari questi nanoclusters? Le loro proprietà elettroniche, magnetiche e la reattività chimica dipendono esattamente dal numero di atomi che li compongono e possono essere completamente diverse dal corrispondente materiale solido», spiega Perco. L’oro, tipicamente inerte, diventa super-reattivo quando è formato da soli pochi atomi. Le implicazioni sono enormi. In ambito industriale, potrebbero rivoluzionare la generazione di idrogeno e la conversione della CO2. «Invece di catalizzatori che costano troppo, anche per gli attuali problemi geopolitici, potremmo progettare catalizzatori le cui parti attive sono composte da soli pochi atomi», spiega Perco.

«Usando la spettroscopia fotoelettronica a raggi X disponibile ad Elettra, ho studiato l’ossidazione di nanoclusters di metalli di transizione», racconta Perco. Ha scoperto che «ciò che abbiamo compreso per la materia macroscopica non può essere applicato al nanomondo». Come riportato nell’articolo da poco pubblicato, il semplice concetto di stato di ossidazione, così importante nella scienza dei materiali, sulla nanoscala deve essere rivisitato. Il motivo sta nella natura “disordinata” di questi aggregati: «L’ossigeno si lega in modo diverso con ognuno degli altri atomi, a una distanza che è molto variabile». —