È solo un paio di molecole di spessore, e non potrebbe essere più sottile:la lastra di vetro che gli scienziati dell'Università di Ulm e della Cornell University hanno scoperto per caso. Questa scoperta è stata ora riconosciuta come un record mondiale con una voce nel Guinness World Records 2014. "Sebbene il vetro sia davvero trasparente, i singoli atomi di silicio e ossigeno possono essere resi visibili al microscopio elettronico", spiega Ute Kaiser. Il Professore di Fisica Sperimentale dirige il gruppo di microscopia elettronica di scienza dei materiali presso l'Università di Ulm. È ancora affascinata da questo viaggio di scoperta molto speciale, che ha richiesto più di un anno:"Passo dopo passo abbiamo, attraverso i nostri esperimenti e riflessioni, svelato i segreti della materia, e questo è stato incredibilmente eccitante. Un vero thriller scientifico".

Simon Kurasch, a quel tempo ancora uno studente laureato che studiava per un dottorato sotto Ute Kaiser presso l'Università di Ulm, stava studiando la struttura atomica di un campione di grafene sotto un microscopio elettronico a trasmissione ad altissima risoluzione. Si tratta di un monostrato composto solo da atomi di carbonio la cui struttura atomica esagonale ricorda un nido d'ape e per la cui scoperta è stato assegnato il Premio Nobel nel 2010. In realtà, questa era stata un'indagine di routine per il fisico. Ma a un esame più attento il giovane ricercatore ha scoperto una struttura mai vista prima e del tutto inaspettata:"È meravigliosamente ordinata e allo stesso tempo completamente caotica" così Kurasch descrive questa scoperta casuale. Sul grafene si era formato uno strato estremamente sottile di una sostanza sconosciuta. Richieste fatte al Max-Planck-Institute for Solid State Research di Stoccarda, che aveva prodotto il grafene su pellicola di rame in un forno smaltato al quarzo secondo un metodo standard, suscitato incredulità. Il team di ricercatori lì, organizzato attorno al nanofisico allo stato solido Dr Jurgen Smet, inizialmente non era in grado di dare alcun senso a questa constatazione.

Il fisico di Ulm si rivolse al professore di fisica David Muller, suo collega in scienze per molti anni e direttore del Kavli Institute for Nanoscale presso la Cornell University (NY). Forse la sua squadra nello Stato di New York potrebbe fornire immagini ad altissima risoluzione e dati spettroscopici sulla natura chimica del materiale. Müller era d'accordo. È stato costituito un team di quattro ricercatori tedesco-americani, composto dai due scienziati di Ulm insieme a Muller e Pinshane Huang, il suo studente laureato che studia per un dottorato; il team stava conducendo congiuntamente ricerche alla Cornell University da qualche tempo. Muller presto indicò il risultato su un composto silicio-ossigeno. Furono urgentemente cercati ulteriori indizi per spiegare l'esatta composizione chimica del misterioso materiale. Si è scoperto che lo strato ultrasottile era costituito da biossido di silicio, cioè vetro. Con la sua speciale struttura atomica, questo materiale amorfo sta ancora sconcertando la comunità scientifica. Di conseguenza, era ancora una questione per il gruppo internazionale di fisici chiarire la configurazione molecolare della lastra di vetro.

Ute Kaiser ha quindi chiesto consiglio ai suoi colleghi finlandesi. Dr Arkady Krasheninnikov dell'Università Aalto di Helsinki, un comprovato esperto nel calcolo della stabilità dei legami atomici, è stato infine in grado di dimostrare con i suoi colleghi che il biossido di silicio assume la configurazione più stabile possibile in due strati, cioè un 'doppio strato'. "Così è risultato da tutti i risultati analitici e teorici insieme che avevamo trovato la lastra di vetro più sottile concepibile, che era quindi effettivamente bidimensionale", secondo la squadra. Gli scienziati sono stati così per la prima volta in grado di ottenere una visione chiara della struttura atomica di questo materiale speciale.

Il vetro è un materiale "amorfo", quale, pur avendo le proprietà fisiche di un solido, esibisce nella sua struttura atomica proprietà sia dei liquidi che dei solidi. "Se si esaminano le immagini al microscopio elettronico, si vede uno strato di poligoni irregolari e disparati. Sembra un tappeto di stracci composto principalmente da pentagoni, esagoni, ettagoni e ottagoni", spiega l'esperta di microscopia elettronica di Ulm Ute Kaiser. "Utilizzando i nostri risultati, siamo riusciti sorprendentemente a confermare una terapia formulata da W.H. Zachariasen nel 1932". L'ipotesi di rete formulata dal fisico norvegese-americano riguardo alla struttura atomica del vetro postulata, a grandi linee, che il vetro è nella sua struttura atomica di base – costituita da tetraedri di SiO4 – simile al cristallo, con l'unica differenza che questi tetraedri sono collegati tra loro in modo molto più casuale che in un cristallo organizzato molto regolarmente, così che la disposizione appare molto più irregolare.

Questo "thriller" scientifico i cui risultati sono stati pubblicati in Nano lettere indietro nel 2012, ha avuto anche un doppio lieto fine per il team internazionale di ricercatori. Non solo il team è riuscito a identificare il vetro più sottile concepibile, ma ha anche risolto un enigma di scienza dei materiali precedentemente irrisolto. Infine, la questione della struttura atomica del vetro non è solo una delle grandi questioni della scienza inorganica ma anche uno dei maggiori problemi analitici della fisica. L'ingresso nel libro del Guinness è quindi ben meritato.