Fisica, chimica e scienza dei materiali ad alte pressioni
Descrizione
Questo campo di ricerca riguarda lo studio della materia a pressioni estreme, fino a milioni di atmosfere, e temperature di 10-6000 K. In tali condizioni la nostra visione tradizionale della tabella periodica degli elementi è messa seriamente in discussione, come anche la suddivisione scolastica dei solidi in quattro classi: solidi covalenti, ionici, metallici e molecolari. Ad esempio, i solidi isolanti covalenti possono essere trasformati in metalli e persino in superconduttori, e viceversa. Si ottengono poi nuovi composti superconduttori a temperature prossime a quella ambiente, ed il “sacro Graal” consiste nella prospettiva di ottenere un superconduttore fatto di idrogeno puro. Le alte pressioni sono ottenute comprimendo la materia fra due incudini di diamante in opposizione, nella cella ad incudini di diamante. Questa cella è adoperata congiuntamente a tecniche di caratterizzazione della materia come la spettroscopia ottica e la diffrazione e le spettroscopie X presso luce di sincrotrone. Nell’ultima decade la nostra ricerca ha condotto ad alcune scoperte rilevanti. Abbiamo trovato la trasformazione del solido molecolare di CO2 in un solido covalente duro simile al quarzo (1), ed anche l’esistenza di composti parzialmente ionici della silice e della CO2 non molecolare (2). Abbiamo poi scoperto un’intera classe di materiali ibridi con potenziali applicazioni tecnologiche, fatti da polimeri auto-assemblati ad alte pressioni in cristalli ospite microporosi, le zeoliti (3-6). Inoltre, studi sullo stato sovracritico dei fluidi, ritenuto tradizionalmente consistere di una sola fase, hanno messo in evidenza l’esistenza di due regimi distinti: “gas-like” e “liquid-like”, il che conduce ad una comprensione più profonda della termodinamica (7,8). Infine abbiamo trasformato liquidi semplici elementali in liquidi complessi, gettando nuova luce sulla fisica dello stato liquido (9). Nel futuro ci proponiamo di scoprire nuovi composti del tipo polimero/zeolite con proprietà tecnologiche mirate. Dato che le pressioni non sono altissime in questo caso (decine di migliaia di atmosfere od anche meno), dovrebbe essere possibile estendere queste sintesi all’uso di celle di ampio volume (1 cm3), cosa che aprirebbe la ricerca alle applicazioni industriali. Inoltre intendiamo sintetizzare nuovi materiali basati sul carbonio, composti da fasci di nano-fili 1-dimensionali, un campo che aprirebbe scenari amplissimi per le nuove tecnologie. Infine studieremo il diagramma di fase delle sostanze semplici con lo scopo di ottenere stati amorfi esotici di queste sostanze, capaci di immagazzinare grandi quantità di energia.