veva  essere  riparato  mediamente  ogni  5-6  ore  di  lavoro  [8], mentre un microprocessore attuale, di dimensioni estremamen- te più piccole, contiene oltre 40 milioni di transistori, numero che in futuro è destinato a salire ancora. Ci si può chiedere che ne- cessità ci sia a fare “cose” sempre più piccole; la risposta è che un’ulteriore  miniaturizzazione  non  solo  permetterà  di  ridurre  le dimensioni  e  di  aumentare  la  potenza  dei  computer,  ma,  con molta probabilità, aprirà anche la strada a nuove tecnologie ca- paci di rivoluzionare la medicina, di produrre una grande varietà di nuovi materiali, di fornire nuove risorse energetiche e di risol- vere il problema dell’inquinamento ambientale [9]. Approccio “dall’alto” (“top down”) La  miniaturizzazione  dei  componenti  per  la  costruzione  di congegni  e  macchine  è  attualmente  ottenuta  mediante  l’ap- proccio “dall’alto” (“top down”). Questo approccio, che consi- ste nella lavorazione, da parte di fisici ed ingegneri, di mate- riali allo stato solido mediante fotolitografia o tecniche collega- te, ha dato finora ottimi risultati. Nel 1965 G.E. Moore [10] pre- disse che ogni tre anni la dimensione dei computer si sarebbe ridotta del 33%, che la grandezza di un chip sarebbe cresciuta del  50%  e  che  il  numero  di  componenti  di  un  chip  sarebbe quadruplicato.  A  tutt’oggi  tale  previsione  è  stata  pienamente confermata;  la  potenzialità  della  tecnica  laser  nell’approccio “dall’alto” alla miniaturizzazione ha addirittura permesso la co- struzione di sistemi microelettromeccanici (Mems) [11]. L’alto grado di definizione che può essere raggiunto con l’approccio “dall’alto” appare chiaramente dall’esempio riportato nella Fi- gura, in cui è rappresentata l’immagine di un toro inciso con la tecnica  della  fotopolimerizzazione  bifotonica  [12].  È  tuttavia sempre più evidente che l’attuale tecnologia dei computer, ba- sata sui chip di silicio, sta rapidamente raggiungendo i limiti fi- sici delle sue possibilità [13, 14]. In particolare, la fotolitografia è  soggetta  a  drastiche  limitazioni  per  dimensioni  inferiori  a 100 nm, dimensioni, che pur essendo molto piccole per la no- stra  esperienza  quotidiana  (100  nm  sono  circa  un  millesimo dello spessore di un capello), sono molto grandi rispetto alla scala degli atomi (decimi di nanometro) e delle molecole (na- nometri). Quindi, anche se “in basso c’è molto posto” per ulte- riori miniaturizzazioni, come Richard P. Feynman [15] disse in un  famoso  discorso  tenuto  alla  Società  Americana  di  Fisica nel 1959, l’approccio “dall’alto” non sembra essere in grado di sfruttare questa opportunità. Per procedere ulteriormente con la  miniaturizzazione,  occorre,  pertanto,  che  la  scienza  e  la tecnologia trovino nuove strade. Approccio “dal basso” (“bottom up”) Una strategia alternativa e molto promettente per la tecnologia a livello dei nanometri (nanotecnologia) è rappresentata dall’ap- proccio “dal basso”, che parte dagli atomi o dalle molecole per costruire nanostrutture. I chimici, il cui mestiere è proprio quello di  lavorare  con  atomi  e  molecole,  sono  nella  posizione  ideale per applicare questa tecnologia alla costruzione “dal basso” di congegni e macchine di dimensioni nanometriche. L’approccio “dal basso” alla nanotecnologia è relativamente recente; addirit- tura, fino ad una decina di anni or sono, la nanotecnologia non era considerata dai fisici [7] un obiettivo raggiungibile. In accor- do con l’idea dominante, di derivazione quantistica [16], gli ato- mi erano, infatti, considerati entità poco definite [17], capaci di formare un mondo di sole possibilità piuttosto che di fatti e cose [18]. In più, sempre in accordo con la teoria quantistica, la strut- tura  molecolare  non  era  ritenuta  una  proprietà  intrinseca  [19], ma, piuttosto, una metafora [20]. Tali idee, naturalmente, non sono mai state condivise dai chimi- ci, che già molto tempo prima avevano dimostrato [21] che gli atomi sono entità reali, utilizzabili come veri e propri mattoni per costruire le molecole e che le molecole, a loro volta, hanno di- mensioni e forme ben definite [22]. Questo concetto è stato ma- gnificamente espresso da un grande chimico e scrittore italiano, Primo Levi, nel suo libro “La chiave a stella” [23]: “Il mio mestie- re vero, quello che ho studiato a scuola e che mi ha dato da vi- vere  fino  ad  oggi,  è  il  mestiere  del  chimico.  Non  so  se  lei  ha un’idea chiara, ma assomiglia un poco al suo: solo che noi mon- tiamo e smontiamo delle costruzioni molto piccole. Ci dividiamo in due rami principali, quelli che montano e quelli che smontano, e gli uni e gli altri siamo come dei ciechi con le dita sensibili. Di- co come dei ciechi, perché appunto, le cose che noi manipolia- mo sono troppo piccole per essere viste anche coi microscopi più potenti; e allora abbiamo inventato diversi trucchi intelligenti per riconoscerle senza vederle. Quelli che smontano, cioè i chi- mici  analisti,  devono  essere  capaci  di  smontare  una  struttura pezzo per pezzo senza danneggiarla troppo; di allineare i pezzi smontati sul bancone, sempre senza vederli, di riconoscerli uno per  uno,  e  poi  di  dire  in  che  ordine  erano  attaccati  insieme”. L’idea che gli atomi potessero essere usati per costruire mac- chine a scala nanometrica fu presentata per la prima volta da R.P. Feynman nel sopra citato discorso “There is plenty of room at the bottom” alla società Americana di Fisica nel 1959 [15]. Il Chimica e… Materiali   Precedente - Seguente 56 - La Chimica e l’Industria - 85 Micrografie a scansione elettronica della figura di un toro scolpito su una resina mediante un processo di fotopolimerizzazio- ne a due fotoni. Queste sculture, esempio dell’alta definizione che può essere ottenuta con l’approccio “dall’alto” alla miniaturizzazione, sono lunghe 10 mm e alte 7 mm ed hanno all’incirca le dimensioni di un globulo rosso. Riprodotto su autorizzazione dal riferimento bibliografico [12]