Se l'uomo di plastica, Elastigirl o Mr. Fantastic incontrano mai Magneto, farebbero meglio a sperare che l'iconico personaggio degli X-Men non abbia letto le ultime ricerche di Christian Binek.

Il fisico dell'Università del Nebraska-Lincoln ha scoperto che, a determinate condizioni, le proprietà magnetiche di un materiale possono prevedere la relazione tra la sua elasticità e la temperatura.

La sua scoperta potrebbe indicare la strada per controllare l'elasticità di alcuni materiali progettando le loro proprietà magnetiche o applicando loro un campo magnetico. Data la facilità con cui i campi magnetici possono ora essere manipolati, Binek ha detto, che alla fine potrebbe significare l'elasticità sartoriale con la semplice pressione di un pulsante o la rotazione di una manopola.

Intanto, sapere che solo il magnetismo può prevedere come l'elasticità risponderà – o non risponderà – ai cambiamenti di temperatura potrebbe aiutare gli ingegneri a selezionare o progettare meglio i materiali per scopi specifici.

Binek ha citato la disintegrazione del 1986 dello space shuttle Challenger come un esempio importante dell'importanza dell'elasticità nella progettazione ingegneristica. L'indurimento e il cedimento di un O-ring elastico sul razzo del Challenger, una conseguenza delle basse temperature, alla fine hanno causato la rottura dello shuttle, uccidendo i suoi sette membri dell'equipaggio.

"Quindi puoi trovare materiali che non cambiano le proprietà elastiche con la temperatura, " disse Binek, professore di fisica e astronomia. "Potresti trovare materiali che cambiano con la temperatura a piacimento. E potresti trovare materiali dove puoi, ad una data temperatura, modificare le proprietà elastiche mediante un controllo esterno."

Duo termodinamico

Le leggi della termodinamica descrivono le relazioni tra molti fattori:temperatura, entropia, volume, pressione – che influenzano il modo in cui il calore viene convertito in altre forme di energia. Ed è noto da tempo che queste leggi comprendono le proprietà del magnetismo e dell'elasticità.

Ma derivando una nuova formula da quelle esistenti, Binek è riuscito a dimostrare che la relazione elasticità-temperatura è fondamentalmente codificata nel magnetismo di un materiale.

La formula di Binek ha dei limiti. Per adesso, si applica solo se il comportamento magnetico di un materiale cambia linearmente con il campo magnetico applicato ad esso. Allo stesso modo, l'elasticità del materiale deve essere lineare, il che significa che la quantità di sforzo che presenta deve essere costantemente proporzionale alla quantità di stress fisico esercitato su di esso.

Comunque, la formula si applica a materiali caratterizzati da varie forme di magnetismo. Ciò include la forma tecnicamente riscontrabile in ogni materiale:diamagnetismo, che descrive una tendenza a respingere i campi magnetici così debolmente da passare inosservata senza strumenti specializzati.

I materiali superconduttori - quelli che non presentano resistenza all'elettricità - mostrano una forma pronunciata di diamagnetismo al di sotto di una temperatura critica, a quel punto iniziano a respingere completamente i campi magnetici. Al di sotto di tale soglia di temperatura, Binek ha scoperto qualcosa di straordinario:l'elasticità dei superconduttori non risponde più ai cambiamenti di temperatura. Quel fenomeno si è verificato quando ha eseguito calcoli per superconduttori sia ceramici che monocristallini, che hanno superfici microscopiche e strutture atomiche sostanzialmente diverse.

"La mia espressione (matematica) non fa affermazioni sul materiale, " Binek ha detto. "E 'molto generale. Dice solo:se la suscettibilità (al magnetismo) è costante, allora la proprietà elastica dovrebbe essere costante. Se è così, nient'altro (sul superconduttore) dovrebbe importare, che onestamente è un po' difficile da credere.

"Ti chiedi:come può qualcosa come una proprietà elastica, che sicuramente dipende dai dettagli strutturali, essere indipendente da tutto ciò che riguarda la struttura? Ma poi vai alla letteratura (scientifica), applica la tua formula, e lo trovi, sì, è corretto."

La formula elastico-magnetica si applica anche ai materiali per i quali i campi magnetici inducono una debole attrazione nota come paramagnetismo. E i materiali ferromagnetici – quelli fortemente attratti dai campi magnetici e solitamente sinonimo del termine “magnetico” – obbediscono alla formula di Binek al di sopra di una certa soglia di temperatura che li fa comportare più come i loro cugini paramagnetici.

Binek ha detto che la formula potrebbe funzionare anche per i materiali ferroelettrici, il cui allineamento di cariche positive e negative, o polarizzazione, può essere invertito da un campo elettrico. La ferroelettricità facilita lo stoccaggio di energia elettrica, rendendolo utile in dispositivi che vanno dai condensatori alla memoria ad accesso casuale.

"Piuttosto che sintonizzare le proprietà elastiche con un campo magnetico, potresti essere in grado di sintonizzarli con campi elettrici, " ha detto. "Tecnologicamente, potrebbe essere ancora più interessante.

"Ci sono certamente molte applicazioni a cui si potrebbe pensare, e penso che molti di loro possano essere utili. Spero che questa non sia la fine della storia, ma piuttosto l'inizio."