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Ferroelettricità organica: Ricercatori di Parma criticano su “Nature” un lavoro del premio Nobel J. M. Stoddard

Ricercatori del gruppo di Materiali Molecolari per Applicazioni Avanzate (MMAA) del Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, assieme ad un qualificato team internazionale, presentano su “Nature” (doi:10.1038/nature22801) una critica serrata ad un lavoro della Northwestern University che affermava di aver trovato ferroelettricità “elettronica” a temperatura ambiente in tre composti organici.

Il  ferromagnetismo è un fenomeno ben noto, secondo cui dipoli magnetici (il polo Nord e Sud dell'ago  di una bussola)  si allineano in risposta  ad un campo magnetico esterno e mantengono tale allineamento (polarizzazione magnetica) anche dopo che il campo è stato rimosso. La direzione della polarizzazione può essere invertita invertendo il campo. Il ferromagnetismo è alla base di molte applicazioni di carattere tecnologico, per esempio le memorie dei calcolatori.  La ferroelettricità è un fenomeno analogo, dove invece dei dipoli magnetici abbiamo dipoli elettrici (carica positiva e negativa) che creano una polarizzazione elettrica permanente allineandosi in risposta ad un campo elettrico. Il primo materiale ferroelettrico è stato scoperto un secolo fa circa, ma una ricerca focalizzata sui ferroelettrici si è sviluppata  solo a cavallo della seconda guerra mondiale. Ed al giorno d'oggi la ricerca di avanguardia punta all'ottenimento di materiali ferroelettrici organici (cioè costituiti in massima parte da carbonio, idrogeno e ossigeno) nell'ambito dello sviluppo di materiali per elettronica che siano leggeri, flessibili e bio/eco-compatibili.

Alcuni anni fa un gruppo di ricercatori giapponesi dell'Università di Tokyo aveva effettivamente scoperto che un composto organico, il tetratiafulvalene-cloranile, già studiato in maniera approfondita dai ricercatori del gruppo MMAA, esibiva ferroelettricità, seppure solo in prossimità della temperatura dell'azoto liquido (-200 gradi centigradi circa). Tale ferroelettricità è risultata essere di un tipo particolare, cosiddetta elettronica perché dovuta alle “nubi” elettroniche delle molecole, ed è caratterizzata dalla velocità con cui viene instaurata la polarizzazione ad opera del campo esterno, nonché dal suo elevato valore.  Allora la gara si è spostata verso l'ottenimento di ferroelettricità elettronica in composti organici a temperatura ambiente. Tale gara sembrava essere stata vinta dal forte gruppo di ricerca della Northwestern University americana, guidato dal Prof. Stupp e dal futuro premio Nobel Stoddard: nel  2012 difatti questi ricercatori hanno pubblicato sulla prestigiosa rivista “Nature” i risultati relativi alla ferroelettricità elettronica di tre composti organici da loro sintetizzati a tale scopo. Tale articolo ha comprensibilmente ricevuto grande attenzione dalla comunità scientifica, risultando in breve tempo tra gli “high cited papers”  nella classifica del “Citation Index” del WEB of Science.

Gabriele D’Avino, un brillante Dottorato nel gruppo MMAA (ora all’Istituto Laue-Langevin di Grenoble), si è accorto però che qualcosa non tornava, sulla base di sofisticati calcoli da lui effettuati sui composti di Stoddard e Stupp. Su suo suggerimento, il gruppo MMAA, ed in particolare Matteo Masino, Anna Painelli ed Alberto Girlando, ha verificato che i dati sperimentali a supporto della ferroelettricità erano di cattiva qualità, anche se venivano da un gruppo molto prestigioso in campo chimico. Allora di comune accordo si è deciso di replicare gli esperimenti,  coinvolgendo in un ampio team internazionale l’Università di Mons (Belgio),  l’Istituto di Scienza dei Materiali di Barcellona (Spagna) l’Università di Augsburg (Germania), l’Università di Girona (Spagna) e la Scuola Internazionale per Studi Avanzati (SISSA) di Trieste.

“Abbiamo scelto uno dei tre composti proposti dal gruppo della Northwestern” afferma Matteo Masino, “e in un anno circa di lavoro abbiamo dimostrato che la caratterizzazione strutturale e spettroscopica riportata su Nature non era corretta, e che le misure dirette della ferroelettricità erano negative”.  “Nello stesso tempo” afferma Anna Painelli “l’analisi dei dati sperimentali dimostra senza ombra di dubbio che questi sono incompatibili con una ferroelettricità di tipo elettronico.” A questo punto si è convenuto di mandare una lettera di commento a Nature, la rivista che aveva pubblicato l’articolo originale. “Come membro più anziano del team internazionale mi sono assunto l’incarico di preavvisare Stupp e Stoddard circa i nostri risultati,  così come richiesto da Nature” dice Alberto Girlando, che è rimasto non poco sorpreso dall’atteggiamento “solo apparentemente collaborativo degli autori, in realtà teso a guadagnare tempo in vista di altri risultati che Stupp e Stoddard avrebbero ottenuto ma che non ci sono mai stati mostrati. E mentre stavamo ancora discutendo con loro, è arrivato il premio Nobel per Stoddard !  Tuttavia abbiamo deciso di procedere comunque, e dopo circa altri sette mesi il nostro Commento è stato finalmente pubblicato”.

Secondo i ricercatori di Parma, questo episodio dimostra due cose, una in positivo e l’altra in negativo. In positivo, si è visto che non bisogna avere paura dei “mostri sacri”,  se si hanno solidi risultati, alla fine (seppure con notevole sforzo) questi  vengono riconosciuti dalla comunità internazionale. In negativo però si deve registrare una tendenza crescente da parte di ricercatori affermati e non, a “forzare” i propri risultati (non parliamo delle vere e proprie falsificazioni) pur di pubblicare risultati “eccezionali” che poi si ripercuotono sugli avanzamenti di carriera o su ingenti finanziamenti per la ricerca. “La cultura dell’eccellenza” conclude Alberto Girlando “dove vengono premiati, magari in maniera eccessiva, solo coloro che pubblicano su riviste patinate risultati “straordinari” che possano colpire anche il pubblico dei non addetti, produce notevoli distorsioni. Probabilmente non è questo il caso in questione, ma in generale la tentazione di barare almeno  un po’, travisando i propri risultati o almeno piegandoli ai propri desideri,  può diventare irresistibile.  Citando Albert Einstein: solo se sei veramente indipendente da condizionamenti esterni puoi essere abbastanza libero da agire moralmente”.   

Pubblicato Venerdì, 14 Luglio, 2017 - 07:46 | ultima modifica Giovedì, 27 Luglio, 2017 - 13:33