Le "nanomacchine" (circa un miliardesimo di metro di dimensione) del futuro avranno bisogno di piccoli dispositivi per ridurre l'attrito e rendere possibile il movimento. La molecola C60, noto anche come fullerene o buckyball, sembrava a molti un ottimo candidato per i nanocuscinetti. Sfortunatamente, i risultati finora sono stati contrastanti, chiedendo ulteriori studi, come quello svolto da un team teorico che coinvolge la SISSA, ICTP, CNR e EMPA. Attraverso una serie di simulazioni al computer gli scienziati hanno scoperto il motivo delle discrepanze sperimentali e hanno fatto luce sul vero potenziale di questo materiale.
Circa 3500 anni fa, l'uomo ha inventato la ruota per rendere la vita più facile. Quindi, grazie al genio di Leonardo Da Vinci, la ruota è stata rimpicciolita per ottenere cuscinetti a sfera. E oggi? "Oggi stiamo cercando di diventare ancora più piccoli:gli scienziati stanno pensando ai nano-cuscinetti", commenta Andrea Vanossi, del CNR – Democritos e della Scuola Internazionale Superiore di Studi Superiori (SISSA) di Trieste, tra gli autori di uno studio appena pubblicato su Nanoscala . "In futuro avremo molte nanomacchine in grado di svolgere i compiti più diversi, per esempio il trasporto di medicinali all'interno del corpo umano. Per risparmiare energia, molti di questi veicoli dovranno potersi muovere in modo efficiente, utilizzando meno energia possibile, e cuscinetti a sfera di dimensioni "nano" possono aiutare a raggiungere questo obiettivo".
"Gli scienziati pensavano di poter usare C60, una nanosfera di carbonio cava, misura un nanometro di diametro", spiega Erio Tosatti, professore della SISSA e altro autore dello studio", ma c'è un problema:i risultati sperimentali sono in completo disaccordo tra loro". C60 ha una temperatura (260° Kelvin) alla quale le molecole diventano improvvisamente libere di ruotare, che si spera abbia un ruolo nell'attrito. I due più importanti esperimenti effettuati fino ad oggi, però, hanno dato risultati contrastanti:al di sopra di questa temperatura, quando il materiale è stato fatto scivolare su un substrato, in un caso non si è verificata una diminuzione significativa dell'attrito, mentre nell'altro la diminuzione è stata drammatica, un buon 100%. "Cosa sta succedendo? Se assumiamo che le misurazioni siano corrette e gli esperimenti eseguiti correttamente (e non abbiamo motivo di credere il contrario) come spieghiamo questa differenza?", si chiede Vanossi. "Per questa ragione, abbiamo deciso di verificare".
Il team (una collaborazione tra SISSA, il Centro Internazionale di Fisica Teorica "Abdus Salam" ICTP di Trieste, il Consiglio Nazionale delle Ricerche CNR, e i Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali) hanno condotto un studio basato sulla simulazione.
"Abbiamo simulato la piccola punta di un microscopio elettronico con una scaglia di C60, che è stato trascinato su una superficie anch'essa in C60", spiega Vanossi. "Abbiamo scoperto che quando il fiocco è stato attaccato in modo tale da non poter ruotare, l'attrito non è diminuito, anche se alzassimo la temperatura oltre i 260° K. È come se i cuscinetti che compongono la scaglia si incastrassero con il substrato, senza effetto nano-cuscinetto. Però, quando il fiocco era libero di ruotare si verificava un drastico calo dell'attrito e il fiocco poteva scivolare sulla superficie in modo molto più fluido". Ma qui il calo dell'attrito non è dovuto all'effetto del cuscinetto a sfere, ma al cambiamento nella geometria del contatto.
I due stati riproducono quindi i risultati dei due esperimenti. "I nostri dati riflettono fedelmente le osservazioni empiriche", conclude Tosatti. "Questo ovviamente non è di buon auspicio per l'uso futuro della fullerite per ridurre l'attrito su scala nanometrica, in quanto la funzione del nanocuscinetto non è confermata, ma finalmente fa luce sulla fisica di questo problema".
