GLOSSARIO

NANOSCIENZE Costituiscono il punto di incontro di discipline diverse che vanno dalla fisica quantistica, alla chimica supramolecolare, dalla scienza dei materiali, alla biologia molecolare.

NANOTECNOLOGIE Si intende la capacità di osservare, misurare e manipolare la materia su scala atomica e molecolare. Puntano a sfruttare e ad applicare i metodi e le conoscenze derivanti dalle nanoscienze. Esse fanno riferimento ad un insieme di tecnologie, tecniche e processi che richiedono un approccio multidisciplinare e consentono la creazione e utilizzazione di materiali, dispositivi e sistemi con dimensioni a livello nanometrico.

NANOMETRO Un nanometro (nm) è un miliardesimo di metro e corrisponde all’incirca a 10 volte la grandezza dell’atomo dell’idrogeno mentre le dimensioni di una proteina semplice sono intorno a 10 nm. Il mondo delle nanotecnologie è quello compreso tra 1 e 100 nanometri.

NANOPRODOTTI Sono quei materiali o dispositivi nei quali vi è almeno un componente funzionale con dimensioni inferiori a 100 nm.

TOP DOWN Significa ridurre con metodi fisici le dimensioni delle strutture verso livelli nano. Le tecniche proprie della microelettronica, come per esempio la litografia a fascio di elettroni o a raggi X, sono riconducibili a questo approccio e, proprio per questo, costituiscono la strada di più immediato utilizzo per entrare nel mondo “nano”. La nanoelettronica e la nanoingegneria sono le aree di elezione di questo approccio. Ed in effetti la nanoelettronica costituisce al momento l’applicazione più diffusa.

BOTTOM UP Sta ad indicare l’approccio nel quale, partendo da piccoli componenti, normalmente molecole o aggregati di molecole, si cerca di controllarne/indirizzarne l’assemblaggio utilizzandoli come building blocks (mattoncini) per realizzare nanostrutture, sia di tipo inorganico che organico/biologico. Le aspettative maggiori, quelle che più si identificano con le nanotecnologie e le loro potenzialità, sono associate all’approccio bottom up, la realizzazione cioè di strutture a livello nanomentrico replicando in maniera controllata processi che sovente già avvengono in natura ed ottenere quelle proprietà che sono specifiche della scala nanometrica.

1959: Feyman apre la strada alla miniaturizzazione
“There’s a Plenty of Room at the bottom” (c’è un sacco di spazio là in fondo): con queste parole, il 29 Dicembre del 1959 il fisico americano Richard Feynman apriva il proprio intervento di fine anno ai membri dell’American Physical Society all’università della California. Il discorso, che segnò l’avvio di una nuova era per la ricerca, viene ormai considerato il primo riferimento a quelle che noi oggi chiamiamo nanotecnologie, ma che in quegli anni non avevano ancora un nome proprio. Feynman già guardava all’infinitamente piccolo come un infinito campo da esplorare. Il fisico catturò l’attenzione dei presenti prospettando la possibilità teorica di poter ridurre e riprodurre fenomeni e persino oggetti alle dimensioni di molecole ed atomi, prospettando una maggiore efficienza e un minor spreco di materia ed energia.

“Non so esattamente cosa accadrebbe - disse Feynman - ma sono quasi certo che, quando potremo controllare la disposizione di elementi a piccola scala, otterremo una gamma enormemente maggiore di possibili proprietà di materiali e, corrispondentemente, di usi diversi”. Feynman suggerì un modo per sviluppare l’abilità di manipolare atomi e molecole direttamente, il cosiddetto scale-down. Il metodo consisteva nel progettare una serie di macchine utensili in scala 1:10, quindi utilizzarli per sviluppare e controllare la generazione successiva di utensili, in scala 1:100, e così via. Con il ridursi delle dimensioni, era necessario ridisegnare alcuni utensili, a causa del fatto che il rapporto tra le varie forze era cambiato (ovvero veniva meno la condizione di similitudine dinamica). Per dimensioni sempre minori, infatti, il contributo della gravità diventa sempre meno preponderante, mentre diventa determinante il contributo della tensione superficiale e delle forze di Van der Waals. Feynman tenne conto di tutti questi problemi di scala durante il suo discorso.

Dal quel dicembre ad oggi, le cose sono molto cambiate e le frontiere della miniaturizzazione (nanotecnologie) si sono andate via via infrangendo nel campo dell’elettronica, informatica, telecomunicazioni, medicina, biotecnologie e tanti altri settori che hanno cambiato la nostra vita quotidiana. In meno di 50 anni dal discorso di Feynman si è consumata una delle evoluzioni tecnologiche più rapide della storia.