Ora lo vedi, ora no. Nei libri e nei film, i maghi usano incantesimi per rendere visibile il trasparente.

In realtà, i materiali con proprietà chiamate transizioni di fase possono tirare fuori un trucco simile, da limpido a nuvoloso a seconda della temperatura o dell'applicazione di un campo elettrico.

Un team multi-istituzionale di ricercatori ha sviluppato un modo per progettare con precisione le temperature alle quali il biossido di vanadio, un materiale utilizzato in applicazioni high-tech che vanno dalle case ai satelliti, subirà la transizione di fase. Il loro lavoro, pubblicato oggi sulla rivista Nano lettere , potrebbe portare a nuovi tipi di materiali sintonizzabili per l'ottica, camouflage e regolazione termica.

"Essenzialmente, qualsiasi componente ottico sarebbe meglio se fosse sintonizzabile, "dice Mikhail Kats, autore senior dello studio e professore di ingegneria elettrica e informatica dell'Università del Wisconsin-Madison.

Invece di affidarsi a componenti meccanici per mettere a fuoco l'obiettivo di una fotocamera o l'oculare di un telescopio, un materiale sintonizzabile potrebbe cambiare le sue proprietà ottiche innate su richiesta.

Gli scienziati sanno da oltre 50 anni che sostanze come il biossido di vanadio possono passare dall'opaco al trasparente. Però, questi materiali cambiano tipicamente in un solo particolare insieme di condizioni, limitandone l'applicabilità.

"Nella maggior parte dei materiali a transizione di fase, il cambiamento avviene in condizioni lontane dalla temperatura ambiente, e quindi sono difficili da incorporare in dispositivi utili, "dice Kats.

I ricercatori non solo hanno cambiato il punto di spostamento intrinseco del biossido di vanadio da 155 gradi Fahrenheit a meno di 70 gradi, hanno messo a punto con successo la transizione per quel materiale attraverso una varietà di temperature specifiche, che vanno dal tipico comfort interno all'hamburger medio-raro.

"Questa scoperta aprirà nuove frontiere nei dispositivi fotonici, " dice il collaboratore Shriram Ramanathan, professore di ingegneria dei materiali alla Purdue University.

Inoltre, perché le proprietà ottiche e fisiche derivano dagli stessi principi fisici sottostanti, Anche la conduttività termica ed elettrica del biossido di vanadio cambia con la transizione. Questi tipi di materiali potrebbero essere utilizzati, Per esempio, nelle case come pareti o finestre "intelligenti" che rispondono all'ambiente.

"Gli oggetti progettati per emettere luce in modo efficiente ad alte temperature ma non a basse temperature potrebbero essere utilizzati come regolatori di temperatura puramente passivi che non richiedono circuiti esterni o fonti di alimentazione, "dice Kats.

Materiali con questa versatilità senza precedenti potrebbero anche creare nuovi tipi di camouflage termico.

"Le strutture progettate per emettere la stessa quantità di radiazioni termiche, indipendentemente dalla temperatura, potrebbero essere utilizzate per nascondere oggetti dalle telecamere a infrarossi, "dice Kats.

In precedenza, i ricercatori che tentavano di modificare le temperature di transizione del biossido di vanadio hanno introdotto impurità mentre cercavano di alterare uniformemente l'intera superficie del materiale.

Anziché, Kats e colleghi hanno bombardato regioni specifiche del biossido di vanadio con ioni energetici. L'irradiazione ionica crea difetti nei materiali, di solito un effetto collaterale non intenzionale. Però, collaboratore Carsten Ronning, un professore di fisica dello stato solido presso l'Università Friedrich Schiller di Jena in Germania, dice che l'anticipo dei ricercatori capitalizza su questi difetti.

"La bellezza del nostro approccio è che approfittiamo dei difetti 'non desiderati', " lui dice.

Dirigere il raggio ionico in regioni specifiche di una superficie ha permesso ai ricercatori di apportare modifiche su scala nanometrica al materiale.

"Possiamo controllare con precisione la temperatura di transizione ovunque sul campione, con una precisione di circa 20 nanometri, " Afferma Kats. "Siamo stati in grado di utilizzare questo metodo per creare materiali efficaci che hanno più transizioni di fase contemporaneamente".

Questa tecnica ha permesso loro di progettare e creare un nuovo polarizzatore ottico che modifica la selettività in base alla temperatura.