nanotecnologie

Cosa sono le macchine molecolari? Sintesi e movimenti dei meccanismi dei motori più piccoli che si possano immaginare

di Giuseppe Alonci

<< L’Accademia Reale Svedese delle Scienze ha deciso di assegnare a Jean-Pierre Sauvage, Sir James Fraser Stoddart e Bernard L. Feringa il Premio Nobel per la Chimica 2016 per il “progetto e la sintesi di macchine molecolari”>>.

Giuseppe Alonci di Chimicare intervista il Nobel per la Chimica JP Sauvage

Giuseppe Alonci di Chimicare intervista il Nobel per la Chimica JP Sauvage

Così si apre il documento con il quale viene presentato al grande pubblico il background scientifico che accompagna il premio Nobel per la Chimica 2016, che non solo riconosce il valore di un filone di ricerca estremamente prolifico e appassionante, ma anche il valore della ricerca di base nelle scienze chimiche, come lo stesso Jean-Pierre Sauvage ha voluto fortemente sottolineare nella videointervista che ha rilasciato in esclusiva per Chimicare. Dopo quindi una breve introduzione, che ci permetterà di avere una visione generale dell’argomento, passeremo in rassegna alcuni semplici strumenti chimici e matematici che ci serviranno per comprendere appieno l’importanza di questo lavoro.

Che cosa è una macchina molecolare? Come dice il nome stesso, è un dispositivo, come una ruota o un ingranaggio, costruito manipolando opportunamente un certo numero di molecole, capace di compiere gli stessi movimenti di una macchina macroscopica in risposta ad uno stimolo esterno.

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L’effetto tunnel e le sue applicazioni: la nascita del microscopio a scansione a effetto tunnel (STM)

di Marco Piumetti

microscopio STM presso University of Maryland

microscopio STM presso University of Maryland

La natura degli atomi è molto diversa dal mondo che sperimentiamo quotidianamente.  Tutto ciò, vale a dire il comportamento di piccole particelle come gli atomi e gli elettroni, era già stato scoperto all’inizio del secolo scorso e descritto dalla meccanica quantistica.  Grazie ad essa, oggi sappiamo che l’atomo non può essere considerato come una sfera rigida e gli elettroni non ruotano intorno ad un centro.  In realtà, gli elettroni possono muoversi anche nello spazio esterno all’atomo, e questo è quello che si chiama effetto tunnel.
Il tunnelling quantistico (o effetto tunnel) venne postulato per la prima volta nel 1928 dal fisico ucraino George Gamow per spiegare il decadimento alfa, in cui una particella ⍺ (un nucleo di elio, 4He) viene emessa da un nucleo in quanto riesce a superarne la barriera di potenziale.

Fig. 1 - Formazione di una superficie increspata per effetto tunnel

Fig. 1 – Formazione di una superficie increspata per effetto tunnel

Nella meccanica classica la legge di conservazione dell’energia prevede che una particella possa superare un determinato ostacolo (o barriera di potenziale) soltanto se essa possiede un’energia sufficiente.  Ad esempio, per fare risalire una palla in cima ad una collina, e farla rotolare lungo il crinale opposto, sarà necessario imprimerle una velocità (e quindi fornirle un’energia cinetica) almeno pari all’energia potenziale del punto di massima altezza (E cinetica ≥ E potenziale).

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