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Computer e smartphone resi più efficienti dal punto di vista energetico grazie a minuscole strutture innovative

Alcuni ricercatori, finanziati dall’UE, stanno sviluppando materiali nanocompositi e circuiti nanoelettronici per migliorare le prestazioni energetiche, termiche e di calcolo.

Economia digitale

Grazie a proprietà potenziate, tra cui una maggiore forza, un peso minore, conduttività elettrica e reattività chimica aumentate, i nanomateriali sono ampiamente utilizzati in aree quali tecnologie dell’informazione e della comunicazione (TIC), energia e medicina. Ad esempio, sono stati sintetizzati con successo nanotubi, nanovergelle e nanofili di differente grandezza, struttura e composizione chimica per diverse applicazioni in dispositivi meccanici, elettromeccanici, elettrici e optoelettronici. Definiti come materiali con almeno una dimensione esterna che misura tra 1 nm e 100 nm, o contenenti strutture interne che misurano 100 nm o meno, i nanomateriali svolgono un ruolo essenziale in telefoni cellulari, microprocessori per computer, batterie, dispositivi autonomi e robotica di ultima generazione. Inoltre, è importante sapere quale insieme di proprietà strutturali ed elettriche per tali materiali offre le prestazioni migliori per una specifica applicazione. Scienziati e ingegneri si stanno concentrando sempre più sullo sviluppo di nanomateriali ad alta efficienza energetica. Tuttavia, più i nanomateriali diventano minuscoli, maggiore è la loro difficoltà nel gestire il calore generato durante l’elaborazione di informazioni. Il progetto ENGIMA, finanziato dall’UE, ha affrontato queste sfide, poiché è stato istituito per definire «i rapporti tra struttura e proprietà nei materiali multifunzionali nanostrutturati sviluppati», come evidenziato nel sito web del progetto. «ENGIMA concentra l’attenzione su come ridistribuire l’elettricità in modo efficiente su piccolissima scala, sfruttando scoperte di nanotecnologia che aprono a nuove opportunità e applicazioni che solo fino ad alcuni anni fa erano impossibili da concepire», secondo un articolo sul sito web della Commissione europea. Come affermato nell’articolo, i ricercatori coinvolti nel progetto «hanno sviluppato un “condensatore negativo” statico permanente, un dispositivo inconcepibile solo circa un decennio fa. I progetti per condensatori negativi proposti in precedenza lavoravano su basi temporanee e transienti, ma il condensatore negativo sviluppato da ENGIMA è il primo a operare come un dispositivo reversibile in uno stato stazionario». La reattanza capacitiva si riferisce a una grandezza del totale dell’energia del potenziale elettrico archiviata o separata per un dato potenziale elettrico. Lo stesso articolo aggiunge: «L’approccio proposto sfrutta le proprietà dei materiali ferroelettrici, i quali possiedono una polarizzazione spontanea che può essere invertita da un campo elettrico esterno. Aumentando la carica sul condensatore positivo aumenta la tensione elettrica. Con il condensatore negativo succede il contrario: la tensione elettrica diminuisce a mano a mano che la carica aumenta». La combinazione dei due condensatori «permette all’elettricità di essere distribuita in zone del circuito che richiedono una tensione elettrica più elevata, mentre l’intero circuito funziona con una tensione elettrica inferiore». Si tratta di uno sviluppo fondamentale perché aiuta a contrastare i problemi di surriscaldamento che interessano le prestazioni dei circuiti di calcolo tradizionali. «Sulla scia di questa ricerca, stiamo sviluppando una piattaforma pratica per far funzionare dispositivi a consumi ultra ridotti per l’elaborazione di informazioni», dichiara Igor Lukyanchuk, ricercatore capo di ENGIMA. Migliorare le prestazioni dei processori significa che gli smartphone e diversi altri sistemi elettronici diventeranno più efficienti da un punto di vista energetico. Il progetto ENGIMA (Engineering of Nanostructures with Giant Magneto-Piezoelectric and Multicaloric Functionalities), la cui conclusione è prevista per la fine del 2021, aiuterà inoltre gli scienziati a progettare nuove nanostrutture per futuri materiali fotovoltaici. «I risultati emergenti da ENGIMA promettono di offrire nuove importanti opportunità e possibilità per industrie ad alta tecnologia, in particolar modo affrontando le questioni attuali di consumo e raccolta di energia, con applicazioni in molti campi differenti», afferma l’articolo della Commissione europea. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto ENGIMA

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Francia