I progressi della ricerca italiana

ROMA – focus/ aise – Il 15 maggio scorso, alle ore 18.05, è stato lanciato in orbita il vettore cargo Spx-34 contenente anche l’esperimento ORION-2 del Dipartimento di Medicina Sperimentale dell’Università di Roma “La Sapienza”. L’esperimento è contenuto all’interno di un mini-laboratorio progettato e realizzato dall’azienda ALI ed è stato integrato presso i laboratori della Space Station Processing Facility (SSPF) del Kennedy Space Center della NASA a Cape Canaveral. L’esperimento è stato caricato a bordo della ISS in circa 48 ore per poi essere attivato ed operato per 7 giorni a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.
L’obiettivo dell’esperimento è quello di studiare il comportamento di due tipi diversi di cellule ovariche bovine in co-cultura. Queste cellule sono essenziali per assicurare il controllo endocrino e la funzione riproduttiva dei follicoli ovarici e verrà studiata la loro interazione in condizioni di microgravità con e senza mio-inositolo, uno zucchero con potenziale funzione protettiva dei processi di sintesi degli ormoni steroide.
L’interesse scientifico dell’esperimento è motivato dalla opportunità di approfondire genesi e sviluppo del processo riproduttivo in assenza di gravità, aspetto per il quale esiste una scarsa letteratura e che le maggiori agenzie spaziali ritengono di interesse per le future prospettive dell’esplorazione e abitabilità umana dello spazio. Gli studi svolti nel contesto della biomedicina spaziale si collocano sulla frontiera della medicina innovativa e si riveleranno fondamentali non solo per assicurare la salute degli astronauti, ma altresì per far progredire discipline emergenti, come la systems biology e la medicina personalizzata.
“La collaborazione bilaterale con la NASA per l’utilizzo della Stazione Spaziale Internazionale – spiega l’ASI - rende possibile il raggiungimento di obiettivi e risultati scientifici importanti non solo per il progresso della ricerca scientifica e la crescita delle competenze tecnologiche nazionali, ma anche per le opportunità fornite alla comunità spaziale internazionale atte a produrre le conoscenze e le tecnologie necessarie per rendere possibile l’esplorazione e la presenza umana in missioni nello spazio profondo”.
Uno studio condotto dall’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche di Modena (Cnr-Nano) e dell’Università di Modena e Reggio Emilia fornisce un importante passo avanti nella comprensione dei materiali bidimensionali, promettenti per l’elettronica del futuro.
La ricerca, pubblicata su Nature Communications, chiarisce un aspetto finora poco compreso della cosiddetta ferroelettricità di scorrimento, un fenomeno emergente nei materiali bidimensionali che potrebbe abilitare dispositivi elettronici più veloci e a minore consumo energetico.
Il lavoro, firmato da Massimo Rontani e Daniele Varsano del Cnr-Nano, insieme a Elisa Molinari e Matteo D’Alessio di Unimore, affronta un problema aperto nel campo della ferroelettricità, che è la proprietà di alcuni materiali di presentare una polarizzazione elettrica spontanea e reversibile, la cui direzione può essere controllata applicando un campo elettrico. Questo consente al materiale di assumere due stati distinti e controllabili, che possono essere utilizzati per rappresentare informazioni, in modo analogo ai bit nelle memorie digitali. Una caratteristica che è alla base di tecnologie come memorie non volatili e dispositivi neuromorfici.
“Recentemente, in alcuni materiali bidimensionali – composti da strati sovrapposti spessi pochi atomi – è stata osservata una nuova forma di ferroelettricità, detta “di scorrimento”: in questi sistemi la polarizzazione elettrica dipende da come gli elettroni si distribuiscono tra gli strati e può essere invertita facendo scorrere leggermente uno strato atomico rispetto all’altro”, spiega Matteo D’Alessio, dottorando in Physics and Nanosciences presso Unimore. “Questa proprietà potenzialmente apre la strada a dispositivi più rapidi ed efficienti, ma è essenziale capire e controllare la stabilità dei due stati con polarizzazione opposta e il processo che porta da uno all’altro”.
Finora i meccanismi alla base della stabilità (della ferroelettricità di scorrimento) non erano del tutto compresi: i ricercatori di Cnr Nano e Unimore hanno fornito una spiegazione teorica, mostrando che questa stabilità è legata alla natura bidimensionale del materiale, che esalta gli effetti quantistici. “Quando gli elettroni sono confinati in due dimensioni, si influenzano reciprocamente e tendono a comportarsi in modo collettivo, coordinando il loro moto. Questo comportamento rende la polarizzazione elettrica più robusta aumentando la barriera energetica che la protegge”, aggiunge Massimo Rontani (Cnr-Nano). “Si tratta di un meccanismo finora non considerato nei modelli teorici, che aiuta a comprendere meglio la ferroelettricità in questi nuovi materiali con alto potenziale applicativo”.
I risultati indicano che il fenomeno potrebbe estendersi a un’ampia classe di materiali bidimensionali, aprendo nuove prospettive per la progettazione di dispositivi elettronici più veloci, con consumi energetici ridotti e integrabili nei circuiti di nuova generazione.
Lo studio ha combinato simulazioni avanzate basate su calcoli “da principi primi”, cioè fondati sulle leggi fondamentali della fisica, con modelli sviluppati ad hoc, utilizzando infrastrutture di calcolo ad alte prestazioni.
Le attività rientrano nelle ricerche sui materiali quantistici condotte presso il Cnr-Nano di Modena, con il supporto del Centro di Eccellenza europeo MaX (MAterials design at the eXascale), e di ICSC-Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data and Quantum Computing. (focus\aise)