Grant Synergy dell’Erc all’italiano che studia l’interazione della luce con la materia

Gli appassionati di vino sanno molto bene che non devono lasciare le loro bottiglie esposte alla luce, se vogliono mantenere intatta la qualità delle chicche che cercano con tanta passione in enoteca. Per questo le tengono al buio. Sono perfettamente a conoscenza del fatto che i raggi solari producono alterazioni nel complesso equilibrio di molecole da cui prendono corpo rossi e bianchi di pregio.

E chi sul proprio tetto ha installato moduli fotovoltaici è pienamente consapevole che l’elettricità con cui funzionano i suoi elettrodomestici scaturisce dall’incontro tra raggi solari e celle di silicio purissimo. Insomma, tutti sappiamo empiricamente, anche se non abbiamo grandi conoscenze di fisica, che la luce produce effetti misurabili sulla materia, modificandola.

Fenomeni che hanno sempre incuriosito l’uomo e hanno alimentato importanti filoni della ricerca, come quello che portò Albert Einstein a interpretare compiutamente l’effetto fotoelettrico, cioè l’emissione di elettroni da parte di un materiale colpito da una radiazione luminosa, e a vincere di conseguenza il premio Nobel nel 1905.

Dell’interazione tra luce e materia si è studiato tutto, eppure restano alcuni aspetti ancora poco conosciuti. In particolare cioè che avviene nelle molecole negli attimi immediatamente successivi al loro “contatto” con i fotoni.

L’effetto dei fotoni sulle molecole

Ed è proprio in questo ambito che intende cimentarsi un gruppo di ricercatori, tra cui l’italiano Mauro Nisoli, del Politecnico di Milano, e gli spagnoli Fernando Martín dell’Università Autónoma di Madrid e il suo omonimo Nazario Martín dell’Università Complutense, sempre di Madrid.

Per i loro studi, i tre potranno usufruire di 12 milioni di euro erogati in sei anni, messi a loro disposizione da uno dei Synergy Grant che il Consiglio Europeo della Ricerca (Erc) ha erogato nel suo programma 2020.

I Synergy Grant sono strumenti con cui il Consiglio sostiene gli studi di gruppi di ricercatori, da due a quattro al massimo, selezionati con un articolato percorso di valutazione. Questo, in particolare, è il primo ottenuto dal Politecnico di Milano, che riceverà 5 milioni, nell’ambito di un progetto di ricerca denominato Tomatto.

Che cosa studierà il gruppo italo-iberico? Ciò che succede all’interno delle molecole negli attimi, anzi negli attosecondi, immediatamente successivi alla loro interazione con la luce. Gli attosecondi sono intervalli di tempo infinitesimali, pari a un milionesimo di milionesimo di milionesimo di secondo.

Una durata talmente breve che diventa difficile perfino pensarla. Eppure, in questo tempo si verificano nella materia eventi provocati dalla luce che, secondo gli scienziati, sono estremamente significativi. Ma per studiarli devono andare oltre le attuali conoscenze e dotarsi di strumenti estremamente sensibili.

Questioni di optoelettronica organica

Per questo motivo verrà costruito, nell’Attosecond Research Center del Politecnico di Milano, un nuovo laboratorio ad attosecondi che segnerà lo stato dell’arte nella ricerca in questo settore.

I dati generati nella struttura verranno poi elaborati da un nuovo supercomputer, che verrà installato nell’Università Autónoma di Madrid. Il risultato finale porterà a sintetizzare nuovi materiali organici optoelettronici, messi a punto nell’Università Complutense.

L’optoelettronica organica è una branca della scienza che studia materiali organici nei quali la luce induce fenomeni come il trasferimento di elettroni o il trasferimento di carica. Si tratta di un mondo di eventi finora studiato alla scala dei femtosecondi, milionesimi di miliardesimi di secondo, frazioni di tempo “molto” più lunghe degli attosecondi.

Riuscire a “vedere” che cosa succede in questi materiali nel momento stesso in cui la luce interagisce con loro può mettere i ricercatori nella condizione di capire meglio come modificarli per renderli più efficienti, per esempio, nel generare corrente elettrica.

Ed è da qui che nasce l’idea del progetto Tomatto, “the ultimate Time-scale in Organic Molecular optoelectronics, the ATTOsecond” (cioè, la scala di tempo più estrema nell’optoelettronica molecolare organi, l’attosecondo).

Secondo Mauro Nisoli, «la capacità di comprendere e controllare i processi indotti dalla luce sulla scala temporale degli attosecondi offre la possibilità di aprire nuovi settori di ricerca anche oltre gli scopi del progetto. Al di là all’impatto atteso nel settore dell’optoelettronica organica e, più in generale, dell’elettronica molecolare, prevedo importanti applicazioni nel campo del fotovoltaico e allo studio di processi indotti dalla luce, in una varietà di strutture sia naturali che artificiali, che vanno da sistemi di interesse biologico a materiali avanzati con nuove funzionalità».

Insomma, questa ricerca potrebbe portarci a individuare materiali organici per realizzare, per fare un solo esempio, celle fotovoltaiche ad alta efficienza e totalmente ecosostenibili, assai più performanti di quelle realizzate, ormai molti anni fa, utilizzando succhi vegetali come quello di mirtillo. Oppure a mettere a punto sostanze in grado di reagire alla luce in un modo prevedibile e ingegnerizzabile.

Tutto questo grazie a nuove tecniche, sviluppate con il progetto Tomatto, in grado perfino di filmare il moto degli elettroni indotto dalla luce nelle molecole.