La prova sperimentale di una teoria di Turing

Da sinistra a destra: Federico Capasso, Antonio Ambrosio e Henning Galinski nel laboratorio presso la Harvard University.

Da sinistra a destra: Federico Capasso, Antonio Ambrosio e Henning Galinski nel laboratorio presso la Harvard University.

Nel 1952 il famoso matematico Alan Turing pubblicava il suo lavoro ‘The Chemical Basis of Morphogenesis’, in cui sviluppava un modello intuitivo per spiegare la formazione di strutture complesse in natura, per esempio le striature del manto di una tigre. Un gruppo internazionale di ricerca, costituto tra gli altri da Antonio Ambrosio e Pasqualino Maddalena dell’Istituto superconduttori, materiali innovativi e dispositivi del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Spin), ha dimostrato che strutture complesse che si formano sulla superficie di film di polimeri possono essere interpretate secondo la teoria ispirata da Turing. La ricerca coinvolge anche il Dipartimento di fisica dell’Università Federico II di Napoli, Federico Capasso della Harvard University e Henning Galinski, Iwan Schenker e Ralph Spolenak dell’Eth di Zurigo. Turing sviluppò la sua idea principalmente per interpretare la formazione di sistemi biologici in cui un sistema, all’inizio omogeneo, «può successivamente sviluppare una struttura complessa dovuta a instabilità nel suo equilibrio», a causa di ‘una perturbazione casuale’ ma in realtà spiegabile con alcune leggi della fisica. «I polimeri contenenti azobenzene sono speciali. Sono infatti polimeri smart che alterano la loro forma quando vengono illuminati da una luce di una opportuna lunghezza d’onda- spiega Antonio Ambrosio. –La morfologia della loro superficie, cioè, cambia spontaneamente, in accordo con l’intensità e la polarizzazione della luce utilizzata. Questa particolare risposta può avere importanti applicazioni nell’area della nano-litografia ottica, nella quale sono stati utilizzati finora altri materiali fotosensibili».
La comprensione sulla risposta di quest’importante classe di polimeri agli stimoli della luce esterna, quindi, non rappresenta solo la prova sperimentale di una teoria di grande interesse, ma ha anche potenziali risvolti applicativi. «Il ruolo della luce nella strutturazione della superficie di questi azo-polimeri è quello di innescare un’instabilità in due fasi, dette cis- e trans– prosegue il ricercatore di Cnr-Spin. –Nonostante siano due configurazioni della stessa molecola, queste forme sono differenti tra di loro in termini di proprietà chimico-fisiche. Pertanto, analogamente a quanto avviene con l’olio nell’acqua, queste due fasi non si mescolano tra loro e tendono a separarsi».

Immagine di Atomic Force Microscopy che mostra la riorganizzazione della morfologia di un azo-polimero (sinistra) e la distribuzione simulata (destra) a seguito dell’esposizione alla luce.

Immagine di Atomic Force Microscopy che mostra la riorganizzazione della morfologia di un azo-polimero (sinistra) e la distribuzione simulata (destra) a seguito dell’esposizione alla luce.

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