Nuovi materiali ferroelettrici diminuiscono i costi del cloud computing

Un team di scienziati dell’Università di Northwestern  negli Stati Uniti ha sviluppato una nuova classe di materiali organici che vanta una proprietà interessante, ma elusiva. Questi materiali cristallini hanno una magnifica memoria che potrebbe essere molto utile nelle applicazioni dei computer e dei cellulari, comprese il Cloud computing (la nuvola informatica).

Questo gruppo di chimici organici ha scoperto di poter creare cristalli lunghissimi con proprietà di pregio solo utilizzando due piccole molecole che sono estremamente attirate  una dall’altra. Grazie all’attrazione tra due molecole, queste si uniscono dentro una rete ordinata  –  l’ordine è necessario per essere ferroelettrico di un materiale.

I composti di partenza sono semplici e poco costosi, rendendo i materiali leggeri  e molto promettenti per le applicazioni tecnologiche. Al contrario, i materiali ferroelettrici  convenzionali- le varietà speciali di polimeri e ceramiche- sono complessi e costosi per la produzione. Ma i nuovi materiali di Northwestern possono essere costruiti rapidamente e sono molto versatili.

Oltre alle memorie del computer, la scoperta dei materiali di Northwestern potrebbe potenzialmente migliorare i dispositivi di rilevamento, i sistemi dell’energia solare e la nanoelettronica.

Seconodo Samuel I. Stupp, il primo autore della ricerca, che è stata pubblicata  sul numero del 23 agosto della rivista Nature, questo lavoro servirà come una guida per progettare questi materiali e per utilizzare la ferroelettricità in nuovi modi. “Questo disegno molecolare ci permette di inventare una libreria quasi infinita di materiali ferroelettrici”, ha dichiarato lo scienziato.

I materiali ferroelettrici rivelano la polarizzazione elettrica spontanea (costruendo una parte positiva del materiale e una parte negativa) che può essere invertita dall’applicazione di un campo elettrico (ad esempio, da una batteria). Questi due possibili orientamenti formano i materiali interessanti per i ricercatori sviluppando la memoria del computer, perché un orientamento potrebbe corrispondere ad un 1 e l’altro ad uno 0 (si sa che la memoria del computer immagazzina informazioni in un sistema binario basato sulle cifre 0 e 1).

Questi nuovi materiali supermolecolari derivano le loro proprietà dall’interazione specifica che succede ripetutamente tra due piccole molecole organiche alternate e non dalle stesse molecole. Le due molecole complementari interagiscono elettronicamente e così fortemente che si avvicinano e formano cristalli lunghissimi. Questa rete tridimensionale altamente ordinata è basata sui legami a idrogeno.

In particolare, tali materiali potrebbero aiutare il mantenimento costoso del cloud computing. Facebook, Google,  le piattaforme web di email e gli altri servizi sono immagazzinati nella nuvola e si fidano della  memoria volatile. Quando manca l’elettricità , la memoria volatile perde le informazioni, quindi l’elettricità deve essere mantenuta. Ma questi materiali ferroelettrici sarebbero in grado di svilupparsi dentro una memoria non volatile. Con tali memorie, anche se mancasse l’elettricità, le informazioni si mantrrebbero.

Secondo i ricercatori, se il cloud computing e i dispositivi elettronici  operassero sulla memoria non volatile, si risparmierebbero annualmente circa 6 miliardi di dollari sulle bollette dell’energia elettrica negli Stati Uniti.

Questa nuova materiale è tutto basato sugli scambi di elettroni tra due piccole molecole. Una molecola è  donatore degli elettroni (la molecola rossa) e l’altra è accettore (la molecola blu). Le molecole rosse e blu sono disposte in una pila mista  in maniera alternata. All’interno di tale rete, ogni molecola collabora con quell vicina scambiando gli elettroni. Questo scambio produce la ferroelettricità.