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Superconduttori: si potrebbe utilizzare il DNA per fabbricarli

Gli scienziati della University of Virginia School of Medicine e i loro collaboratori hanno usato il DNA per superare un ostacolo quasi insormontabile in merito all'ingegnerizzazione dei materiali, questa scoperta potrebbe rivoluzionare l'elettronica attuale.

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Un gruppo di ricercatori ha utilizzato il DNA per superare un grosso problema in merito all’ingegnerizzazione dei materiali, ciò lascia aperte nuove possibilità che in futuro potranno cambiare la vita dei computer rendendoli iper-veloci. Questo sarà possibile grazie a dei superconduttori che non hanno resistenza elettrica e a scoperte quasi inimmaginabili che potrebbero portare ad uno sviluppo futuro di questa tecnologia anche nel campo della bioingegneria. 

La novità in breve

Gli scienziati hanno scoperto un nuovo metodo per utilizzare il DNA per la costruzione di reticoli precisi di nanotubi di carbonio, risolvendo un problema che ha interessato i ricercatori per più di 50 anni. Si è proposto, per la prima volta dopo decenni, un superconduttore che utilizza reticoli di nanotubi di carbonio, o bombole di carbonio cave, di dimensioni ridotte che si misurano in miliardesimi di metro. I ricercatori hanno passato decenni a cercare di far funzionare questa tipologia di superconduttori, ma anche dopo aver convalidato la fattibilità dell’idea, sono rimasti con una sfida che sembrava impossibile da superare. 

Superconduttori: simulazione di nanotubi di carbonio.

Nel dettaglio, cos’è un superconduttore?

La superconduttività in fisica è un fenomeno che comporta la resistenza elettrica nulla e l’espulsione del campo magnetico. L’utilità pratica dei superconduttori è per ora estremamente limitata: uno dei loro difetti più limitanti è l’avere una temperatura critica molto bassa. Un possibile risultato dello studio in analisi è l’ottenimento di superconduttori; questi hanno zero resistenza elettrica e consentendo agli elettroni di fluire senza ostacoli. Ciò significa che non perdono energia e non creano calore a differenza degli attuali mezzi di trasmissione elettrica. Lo sviluppo di un superconduttore che possa essere ampiamente utilizzato a temperatura ambiente potrebbe portare a computer iperveloci, ridurre le dimensioni dei dispositivi elettronici, consentire ai treni ad alta velocità di viaggiare sui magneti e ridurre il consumo di energia.

I personaggi rilevanti in questo campo di ricerca sono sicuramente:

  • Edward H. Egelman: PhD del Dipartimento di Biochimica e Genetica Molecolare dell’UVA, è anche stato un leader nel campo della microscopia crioelettronica (crio-EM);
  • Leticia Beltran: una studentessa laureata nel laboratorio di Egelman.

Questi due ricercatori hanno usato l’imaging crio-EM per lo studio che inizialmente era apparentemente impossibile.

Edward H. Egelman – Credits: Dan Addison, University Communications

Il progetto in questione

Il reticolo costruito dal team di ricercatori non è stato ancora testato per la superconduttività, ma offre prove di principio e presenta un grande potenziale per il futuro. Mentre la crio-EM emerge come la tecnica principale in biologia per determinare le strutture atomiche degli assiemi proteici, finora ha avuto molto meno impatto nella scienza dei materiali. I ricercatori affermano che il loro approccio guidato dal DNA alla costruzione di reticoli potrebbe avere un’ampia varietà di applicazioni nella ricerca, specialmente in fisica. Lo scienziato afferma anche la possibilità di costruire dei superconduttori a temperatura ambiente.

Il lavoro del team, combinato con altre scoperte negli ultimi anni, potrebbe trasformare la tecnologia e portare a un futuro molto più fantascientifico. Spesso pensiamo alla biologia usando tecniche della fisica; il lavoro in questione dimostra che gli approcci sviluppati in biologia possono effettivamente essere applicati anche ai problemi della fisica e dell’ingegneria. Questa è sicuramente una delle cose più sorprendenti della scienza: non essere in grado di prevedere dove determinati lavori e ricerche porteranno in futuro.

Modello di struttura derivato da Cryo-EM per 2G-7 funzionalizzato (8,3) e meccanismo di reazione. (A) Spettro di potenza medio da ~44.000 particelle. (B) Immagine della media di classe 2D. (C) Mappa 3D a bassa risoluzione generata da un approccio imparziale e privo di riferimento che visualizza coerenza che si estende su una lunghezza assiale di ≈ 10 nm. (D) Mappa 3D corrispondente alla densità media lungo l’elica. (E) Legami carbonio-carbonio che hanno la massima curvatura del legame. (F) Un meccanismo di reazione proposto – Credits: Science

Le prospettive future sui materiali superconduttori

Nell’imminente futuro la seguente scoperta e i diversi studi introdurranno una nuova quantità di diversi gruppi funzionali e consentiranno la scoperta di materiali quantistici organici e catalizzatori privi di metallo a base di carbonio. Dunque la ricerca è aperta e ricca di particolari ancora da scoprire.