Può misurare variazioni del campo magnetico con la precisione di una singola molecola: il nuovo strumento, realizzato da Andrea Candini e Marco Affronte del Centro S3 dell’Istituto nanoscienze del Cnr di Modena assieme a colleghi del Cnrs di Grenoble e del Karlsruhe Institute of Technology in Germania, ha una sensibilità di 100 volte maggiore a quelle dei dispositivi disponibili oggi. L’apparecchio sfrutta le caratteristiche del grafene e potrebbe essere usato per la realizzazione di sensori molecolari e di memorie ad alta densità.
Il risultato, pubblicato a giugno su Nano Letters, è frutto di tre anni di ricerca e di una serie di traguardi intermedi. Per realizzare lo strumento, i ricercatori hanno infatti dovuto prima progettare delle molecole adatte ad innestarsi sulla struttura esagonale del grafene, materiale costituito da un singolo strato di atomi di carbonio e con buone caratteristiche di conduzione elettromagnetica. Solo in seguito hanno potuto lavorare il materiale fino a ottenere un dispositivo di 10 nanometri di lato, appena qualche volta di più di una molecola di Dna. Infine, gli scienziati hanno potuto fare le prime misure magnetiche, che hanno richiesto temperature prossime allo zero assoluto per rilevare soltanto i segnali del grafene e delle molecole, limitando il rumore.
Così Marco Affronte, professore dell’Università di Modena e Reggio Emilia che ha lavorato in dettaglio alla ricerca, spiega l’importanza dei risultati ottenuti.
Professor Affronte, quali sono le possibili applicazioni future dello strumento?
“Le molecole magnetiche sono una sorta di nano-calamite e possono funzionare come le più piccole unità in cui registrare un bit di informazione. Una delle applicazioni può quindi essere quella legata all’aumento della capacità di hard disk e di lettori di musica digitale, come per esempio gli iPod: il nostro dispositivo infatti ha un comportamento simile a quello delle testine dei dischi rigidi oggi in commercio, ma con dimensioni molto più piccole. In futuro si potrà arrivare a registrare su un lettore mp3 compatto tutta la musica mai prodotta dall’uomo”.
Ci sono applicazioni anche in campo biomedico?
“Anche nella ricerca clinica l’aumento della sensibilità e la riduzione della grandezza degli apparecchi è importante. La prospettiva è quella di costruire dei sensori molto piccoli in grado di registrare la fisiologia dei pazienti con estrema precisione e successivamente di trasferire i dati su laboratori portatili, “indossabili” dai pazienti stessi”.
Perché avete usato proprio il grafene?
“Il grafene è un materiale estremamente sensibile, con una struttura che lo rende un buon candidato per dispositivi che abbiano una forte interazione con l’esterno: essendo formato da sottili fogli di carbonio, permette di costruire strumenti anche molto piccoli che però abbiano una superficie sensibile ampia. Nel caso di questo dispositivo, per esempio, il materiale ha funzionato come una “ragnatela” capace di intercettare il flusso magnetico di una molecola e di produrre un segnale elettrico quando essa inverte la sua polarità magnetica“.
Qual è stata la parte più difficile della ricerca?
“La difficoltà è stata quella di mettere tutti i pezzetti insieme: lo strumento fa molte cose e ha una dimensione molto ridotta, dispositivi di questo tipo sono per forza di cose molto fragili. Arrivare al prodotto finale è stato difficile anche per quello. Ma il risultato che abbiamo ottenuto è importante per dimostrare che in questo campo i problemi sono solo tecnici e non teorici, e questo ci spinge ad andare avanti nella ricerca”.
