Una tecnologia scottante per il raffreddamento

Impiegando molecole magnetiche, si potrebbe prevedere che i sistemi di microrefrigerazione on-chip si raffreddino al di sotto della temperatura dell'elio liquido, vale a dire intorno ai 4 gradi Kelvin o -269 gradi Celsius. Il raffreddamento di tali materiali tramite effetto magnetocalorico si ottiene con una piccola variazione nel campo magnetico applicato, dell'ordine di pochi tesla.

La maggior parte dei refrigeratori magnetici è stata realizzata su materiali sfusi. È molto impegnativo estendere il lavoro a molecole depositate su un substrato, sia a causa delle basse temperature necessarie che per il debole segnale magnetico di quantità tanto ridotte di materiale magnetico. Nell'ambito del progetto MAPROMODE, alcuni ricercatori finanziati dall'UE hanno compiuto progressi sullo stato dell'arte, per forme sia sfuse, sia depositate su substrato.

Due anni di ricerca sulla caratterizzazione fisica a temperature bassissime di determinati refrigeranti a base molecolare nella forma sfusa hanno condotto a 10 pubblicazioni in giornali molto stimati a valutazione paritaria.

Parallelamente, il team è riuscito a far depositare refrigerante molecolare su un substrato di silicio. I ricercatori hanno poi caratterizzato i refrigeranti molecolari innestati, utilizzando un'avanzata microscopia a forza magnetica (MFM). La MFM è simile alla microscopia a forza atomica (AFM), ma ne differisce perché rileva le proprietà superficiali magnetiche attraverso una forza magnetica generata tra punta e superficie.

Servendosi della MFM a una temperatura quasi pari all'elio liquido, gli scienziati hanno dimostrato che le molecole conservano le loro proprietà magnetiche e, pertanto, la capacità refrigerante dopo la deposizione. Il lavoro seminale è stato pubblicato in un documento che ha ottenuto la copertina del giornale ed è stato illustrato in un comunicato stampa dell'università e nei mezzi di informazione regionali e nazionali. Si tratta del primo passo verso la realizzazione di microchip refrigeranti su silicio a temperature estremamente basse, come quella necessaria per i più sofisticati sensori a raggi X e infrarossi.

Il team continua a indagare per scoprire come ridurre le dimensioni dei refrigeratori a scale infinitesime, per soddisfare anche mercati high-tech di nicchia. L'innovativa tecnologia per microrefrigeratori a base molecolare sviluppata nell'ambito di MAPROMODE si accinge a essere una materia scottante.