Studiando in laboratorio cristalli di metanolo analoghi a quelli presenti nelle lave dei satelliti ghiacciati di Saturno e Nettuno, un gruppo di planetologi ha scoperto proprietà meccaniche decisamente inaspettate: a grandi temperature, l’applicazione di una pressione uniforme ai cristalli li porta ad espandersi in due direzioni e a contrarsi nella terza.
LA VOCE DEL MASTER – Fin dalle scuole elementari ci siamo abituati a pensare che un materiale riscaldato tenda ad espandersi e un materiale sottoposto a pressione si comprima. Non sono però rari, in natura, comportamenti controintuitivi: ad esempio, numerosi materiali presentano un’espansione termica negativa, ovvero si contraggono quando vengono riscaldati.
Molto più esotica è la compressibilità negativa: si tratterebbe di materiali in grado di espandersi quando sottoposti a pressione. Tale comportamento è teoricamente possibile, ma non è mai stato osservato sperimentalmente; l’unica, significativa eccezione sono una dozzina di solidi cristallini caratterizzati da una compressibilità negativa lineare, ovvero limitata a una o due direzioni.
A tale categoria appartiene da pochi giorni anche il metanolo monoidrato, un semplice cristallo molecolare che abbonda nei vulcani dei satelliti ghiacciati di Saturno e Nettuno.
Questi gelidi corpi celesti sono dotati di un vulcanismo per certi versi analogo a quello terrestre, ma con basi chimiche del tutto differenti. Cercando di riprodurre in laboratorio il comportamento del metanolo monoidrato a condizioni di temperatura e pressione analoghe a quelle dei criovulcani, il gruppo di ricerca di Dominic Fortes – geofisico all’University College di Londra – si è imbattuto in un raro esempio di compressibilità lineare negativa. Sfruttando l’imprevisto caso di serendipità, i planetologi hanno così vestito i panni dei reologi – gli scienziati che studiano le deformazioni dei materiali – e l’inattesa scoperta è finita su Nature.
Il motivo di interesse è presto spiegato: la compressibilità lineare negativa è un fenomeno ancora non completamente chiaro, e non era mai stato osservato in molecole tanto semplici. I cristalli di metanolo diventano così un oggetto di studio molto interessante per i fisici dello stato solido, che sono da tempo alla ricerca di una spiegazione teorica esauriente.
Non manca l’interesse applicativo. Simili materiali, usati singolarmente o in combinazione con materiali convenzionali, possono infatti presentare interessanti proprietà meccaniche e ottiche. L’applicazione più promettente, una volta raggiunta una buona comprensione teorica del fenomeno, potrebbe essere nel campo delle nanotecnologie: significherebbe avere a disposizione interruttori microscopici in grado di attivarsi a seconda della pressione.
