“Non abbiamo un laboratorio”, dice Reed dal suo ufficio di Stanford. “Siamo un gruppo di modellisti puramente teorici”. Evan Reed è un assistente professore di scienza dei materiali e ingegneria all’università di Stanford, California. Ma dimenticate laboratori pieni zeppi di imponenti matrici di forni in acciaio inossidabile, bruciatori, camere a vuoto e tubi, perché Reed fa parte di una nuova sottosezione di un campo secolare che risale a quando gli umani scioglievano e univano i metalli per creare nuovi e migliori materiali. A differenza dei metallurgisti del passato, tuttavia, Reed non crea nuovi materiali, li teorizza e poi li simula sul computer. Il suo obiettivo è quello di indirizzare gli altri in direzioni promettenti, risparmiando agli scienziati del materiale pratico innumerevoli anni e dollari in lavoro sperimentale.
La particolare scienza dei materiali di Reed è stata causata da due recenti progressi. Il primo, naturalmente, è la sempre maggiore potenza del computer che gli permette di giocare e testare le strutture atomiche senza creare effettivamente i materiali. Il secondo emerse solo nel 2004 sotto forma di grafene, un materiale miracoloso riconosciuto dai Nobel che da allora ha rimodellato l’ingegneria su scala nanometrica. Il grafene è formato da un singolo strato di atomi di carbonio disposti in un modello esagonale a nido d’ape. Con uno spessore di un solo atomo – è così sottile che si dice che non abbia alcun spessore – è un materiale bidimensionale (2D). Il grafene possiede notevoli proprietà fisiche. È più forte dell’acciaio. Conduce elettricità e calore. È trasparente E non si scioglie finché le temperature non si avvicinano a quelle della superficie del sole. La maggior parte delle proprietà sorprendenti del grafene sono dovute alla sua struttura 2D. Il grafene, dopo tutto, è solo un singolo strato di grafite, lo stesso materiale della matita, ma ha dato vita a un intero nuovo campo noto come ingegneria 2D.
“Siamo interessati alla particolarità dei materiali 2D che non possiamo realizzare in 3D”, afferma Reed. “Stiamo cercando nuovi modi per archiviare dati, per realizzare interruttori e transistor e cose del genere.”
Un promettente materiale 2D su cui Reed si è recentemente concentrato è il ditelluride di molibdeno. Come il grafene, è uno spesso strato singolo, ma il suo strato cristallino è costituito da molecole, non da singoli atomi.
Grazie alle simulazioni, per le quali Reed utilizza un software di modellazione open source con codice fortemente modificato, hanno imparato che quando l’elettricità statica, come quella che ti da uno shock quando passi su un tappeto, viene infusa nel ditelluride di molibdeno, il materiale cambia struttura atomica. In sostanza, diventa “attivo”. Quindi, quando gli elettroni vengono strappati via, ritorna allo stato “spento”. Stranamente, nello stato “on”, il ditelluride di molibdeno conduce elettricità. Nello stato “off”, non è così.
In effetti, il gruppo di Reed ha identificato un nuovo interruttore su scala nanometrica. È come un interruttore della luce, solo 10.000 volte più sottile di un foglio di carta. Si pensa agli schermi telefonici pieghevoli, flessibili, indossabili e altamente efficienti di prossima generazione e ad altri circuiti elettronici new-age molto più piccoli di quanto i dispositivi al silicio potrebbero mai sperare di essere.