Scambi scientifici per rafforzare il modello di laser nanotecnologico

Una modellizzazione più accurata dell’interazione tra laser e materia condotta dal progetto ATLANTIC, finanziato dall’UE, potrebbe portare allo sviluppo di nuove applicazioni industriali e contribuire ad affermare la Bulgaria come importante polo di ricerca in questo settore.

Ricerca di base

In natura, le strutture in nanoscala presenti sulla superficie dei materiali danno origine a proprietà specifiche, come i colori vivaci caratteristici delle ali delle farfalle e le qualità idrofobiche di cui sono dotate le foglie di loto. In laboratorio, gli scienziati sono in grado di replicare questo processo mediante l’utilizzo di impulsi di luce laser intensa, offrendo nuovi materiali con proprietà desiderabili. «La tecnologia laser a impulsi brevi potrebbe fornire soluzioni per molte applicazioni industriali», spiega Tzveta Apostolova, coordinatrice del progetto ATLANTIC e ricercatrice presso la Nuova Università Bulgara. «Tra di esse figurano la microlavorazione di biopolimeri e leghe metalliche per la fabbricazione di stent medici, la rimozione di strati sottili dalle celle solari, la perforazione di microfori su circuiti stampati, nonché la formazione di nanostrutture utilizzate per l’archiviazione della memoria nei componenti elettronici e negli impianti ossei.» Le stesse nanostrutture trovano impiego negli impianti ossei e dentali, nell’accelerazione delle particelle e ai fini dell’archiviazione della memoria nei componenti elettronici.

Comprendere gli effetti della luce laser su scala nanometrica

Il progetto ATLANTIC, sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, si è prefisso di rafforzare l’eccellenza bulgara e, più in generale, europea in questo campo, soprattutto attraverso la creazione di una rete di scienziati a livello mondiale e la promozione degli scambi accademici. Tra i paesi coinvolti nel progetto figurano Argentina, Giappone e Uzbekistan, oltre a diversi Stati membri dell’UE. Nell’ambito del progetto, circa 40 ricercatori affermati e in fase iniziale della propria carriera hanno viaggiato e lavorato in diverse istituzioni per alcuni mesi, il che ha permesso loro di sperimentare ambienti culturali diversi e di condividere idee. Un obiettivo chiave è stato quello di sviluppare e formare i ricercatori su nuove tecniche di simulazione quantistica, soluzioni in grado di prevedere gli effetti generati dalla luce laser sui materiali su scala nanometrica in modo migliore. «Volevamo davvero far progredire queste tecniche e portarle oltre lo stato dell’arte», afferma Apostolova. «In definitiva, la finalità è quella di integrare il potere predittivo di queste tecniche quantistiche teoriche nei modelli potenzialmente impiegabili dalle aziende e dai gruppi di ingegneria laser.»

Riunire le comunità scientifiche globali

Il lavoro di collaborazione messo in atto dal progetto ha portato alla pubblicazione di vari articoli che hanno contribuito a far progredire la comprensione scientifica del modo in cui i materiali rispondono all’irradiazione laser; ciò, a sua volta, potrebbe aprire le porte a nuove potenziali applicazioni industriali in campi quali la fisica laser, la chimica, la biologia e la farmaceutica. Per Apostolova, uno dei principali benefici offerti dal progetto sono stati gli scambi di ricerca. «Tali risorse hanno dimostrato l’importanza della comunicazione tra le comunità scientifiche, soprattutto in un periodo come il nostro caratterizzato da profondi problemi geopolitici», aggiunge. «L’interdisciplinarità è stata un aspetto centrale di questo progetto e siamo riusciti a riunire esperti in materia di fisica dei materiali, chimica quantistica, ingegneria dei materiali e lavorazione dei materiali al laser.» Per molti ricercatori agli inizi della propria carriera, i distaccamenti sono stati le prime esperienze scientifiche vissute al di fuori del proprio paese. «Sono state esperienze fondamentali», osserva Apostolova. «Ci auguriamo che questi scambi fungano da catalizzatori per la realizzazione di future iniziative ispirate al progetto ATLANTIC.» Tra le iniziative future potrebbero figurare l’ulteriore avanzamento della modellizzazione teorica delle interazioni tra laser e materia e una migliore comprensione dei fenomeni tuttora inspiegati che si verificano su scala nanometrica.

Strutture sperimentali e di simulazione in Bulgaria

L’obiettivo della Nuova Università Bulgara è ora quello di sviluppare questo lavoro continuando a collaborare con le comunità scientifiche di tutta Europa. «Sarebbe fantastico se tale cooperazione potesse portare alla creazione di laboratori su piccola scala in Bulgaria», afferma Apostolova. «Ciò consentirebbe ai giovani ricercatori di condurre esperimenti di interazione tra laser e materia all’avanguardia e attività di modellizzazione proprio qui. I nostri giovani ricercatori sono brillanti e ambiziosi, e progetti come ATLANTIC sono davvero importanti in tal senso.» Ciò potrebbe rafforzare le competenze di ricerca del paese in un settore potenzialmente redditizio: l’industria globale della tecnologia laser, infatti, è stata recentemente valutata intorno ai 20 miliardi di euro e si prevede che alla fine del 2034 avrà un valore pari a 33,1 miliardi di euro.