Creata la molecola a nastro di Möbius che rivoluzionerà la scienza dei materiali

06/03/2026 ECONOMIA Preferisci Informazione.News su Google

Redazione Economia   -   Un team internazionale di ricercatori, che annovera scienziati di IBM, dell’Università di Manchester, di Oxford, del Politecnico di Zurigo, di Losanna e dell’Università di Ratisbona, ha ottenuto un risultato che segna una svolta epocale nel panorama della chimica e della fisica della materia: per la prima volta è stata progettata, sintetizzata e validata una molecola che presenta una topologia elettronica mai osservata prima, una struttura definita "mezzo nastro di Möbius". Il traguardo, pubblicato sulle pagine della prestigiosa rivista Science, non rappresenta soltanto la nascita di una nuova entità chimica, con la formula bruta C₁₃Cl₂, ma costituisce soprattutto una prova concreta di come i computer quantistici possano essere impiegati come veri e propri strumenti scientifici per decifrare comportamenti della materia altrimenti inaccessibili. La ricerca, condotta in condizioni estreme di vuoto e a temperature prossime allo zero assoluto, dimostra che è possibile manipolare la materia atomo per atomo, arrivando a costruire architetture molecolari la cui complessità geometrica supera persino quelle ipotizzate teoricamente fino a oggi.

La sintesi di una chimera: come è stata costruita la molecola

Il processo di fabbricazione di questa molecola senza precedenti è avvenuto nei laboratori di IBM a Zurigo, dove i ricercatori hanno utilizzato un microscopio a effetto tunnel per rimuovere, uno dopo l’altro, otto atomi di cloro da un anello di carbonio completamente clorurato. L’operazione, condotta con una precisione estrema su un sottile strato isolante di cloruro di sodio posto sopra una superficie d’oro, ha portato all’ottenimento di un anello di tredici atomi di carbonio con soli due atomi di cloro residui. La vera peculiarità di questa struttura, però, non risiede solo nella sua composizione, bensì nel comportamento dei suoi elettroni: la nuvola elettronica, anziché disporsi in modo convenzionale sopra e sotto il piano dell’anello come avviene nelle molecole aromatiche classiche, segue un percorso elicoidale, attorcigliandosi di novanta gradi a ogni giro. Questo significa che per tornare al punto di partenza, l’elettrone deve compiere quattro cicli completi, un comportamento che definisce una topologia "half-Möbius" e che introduce un nuovo paradigma nello studio delle fasi geometriche quantistiche, conosciute come fasi di Berry.

Il ruolo del calcolo quantistico nella decifrazione della struttura

Una volta sintetizzata, la molecola ha posto una sfida interpretativa non indifferente: i suoi stati elettronici, fortemente correlati e intrecciati, hanno reso vano ogni tentativo di analisi basato esclusivamente sui supercomputer classici. Per svelare la natura della sua topologia, il team ha quindi fatto ricorso a un computer quantistico IBM, utilizzando settantadue qubit per eseguire uno degli algoritmi quantistici per la chimica più estesi mai tentati finora, denominato SqDRIFT. Questo approccio, che integra il processore quantistico con sistemi di calcolo classici, ha permesso di esplorare uno spazio attivo di trentadue elettroni, una dimensione che con i soli metodi tradizionali sarebbe stata proibitiva. La simulazione ha confermato l’esistenza dell’inusuale topologia e ha inoltre permesso di identificare il meccanismo fisico all’origine della sua formazione, un effetto pseudo-Jahn-Teller elicoidale che distorce la geometria molecolare abbassandone l’energia.

La commutaione come nuova proprietà ingegnerizzata

Un aspetto forse ancora più sorprendente emerso dallo studio riguarda la possibilità di controllare e commutare questa topologia in modo reversibile. Applicando impulsi di tensione controllati attraverso la punta del microscopio, gli scienziati sono riusciti a far transitare la molecola tra tre configurazioni distinte: due stati chirali, uno con torsione destrorsa e uno con torsione sinistrorsa, e uno stato planare topologicamente banale. La transizione, che avviene con variazioni di potenziale dell'ordine di pochi decimi di volt, dimostra come la topologia elettronica possa diventare un grado di libertà ingegnerizzabile, non più una caratteristica intrinseca e immutabile del sistema. La possibilità di passare da una configurazione all’altra apre scenari inediti per la progettazione di interruttori molecolari e dispositivi logici di dimensioni atomiche, in cui l’informazione non sarebbe codificata nella semplice presenza o assenza di carica, ma nella struttura topologica stessa della nuvola elettronica.

L'eredità di Feynman e il futuro della simulazione quantistica

Questo risultato sperimentale realizza concretamente la doppia visione espressa decenni fa dal fisico Richard Feynman, il quale aveva immaginato sia la possibilità di manipolare la materia atomo per atomo, sia la necessità di utilizzare sistemi quantistici per simulare la natura, che di per sé è quantistica. La molecola half-Möbius, infatti, non ha al momento applicazioni pratiche immediate, ma la sua importanza risiede proprio nel metodo che ha portato alla sua scoperta e validazione. Per la prima volta, un computer quantistico non è stato utilizzato per un esercizio astratto o per dimostrare un primato di velocità fine a sé stesso, ma come strumento indispensabile per interpretare dati sperimentali reali e per comprendere un fenomeno chimico-fisico complesso. Gli stessi ricercatori sottolineano come l’approccio quantistico abbia permesso di esplorare configurazioni elettroniche che con i soli metodi classici, come il CASSCF o il Quantum Monte Carlo, sarebbero rimaste inaccessibili, segnando un passo significativo verso quella che viene definita "useful quantum advantage", ovvero il momento in cui i computer quantistici inizieranno a fornire un contributo concreto e insostituibile alla ricerca scientifica.