90 milioni per un milionesimo di millimetro

90 milioni per un milionesimo di millimetro

Il centro di ricerca Nanotech di IBM a Rüschlikon sarà pronto per la consegna all'inizio di dicembre — tre mesi prima del previsto. Un sopralluogo nel progetto da 90 milioni di franchi.

Qui è tranquillo. Enormemente tranquillo. Se lasciassimo cadere un ago, probabilmente non sentiremmo solo il suo impatto sul pavimento. Ma anche come taglia l'aria durante la caduta. Ci troviamo nel cuore del nuovo centro di ricerca per la nanotecnologia (vedi scatola) di IBM a Rüschlikon. È uno dei Noisefree-Labs — cioè laboratori senza rumore. Sei di questi laboratori saranno consegnati ai ricercatori il 10 dicembre. Per condurre ricerche di base con misurazioni ed esperimenti estremamente sensibili.

Come a Natale

Per i ricercatori, questo non sarà un regalo di Natale anticipato, ma come se festeggiassero il Natale una sola volta nella vita: «Abbiamo aspettato molto a lungo per questi laboratori», dice il ricercatore di IBM Emanuel Lörtscher. «Saranno unici al mondo.» I ricercatori di IBM sperano di superare il precedente standard del rinomato National Institute of Standards and Technology negli USA. L'istituto coordina, ad esempio, il tempo mondiale con il suo orologio atomico.

Non è solo il silenzio a rendere così unici questi spazi relativamente piccoli, con una pianta di circa cinque per sei metri. Sono anche quasi immuni alle vibrazioni e non permettono a radiazioni elettromagnetiche, ad esempio provenienti da linee elettriche esterne, di entrare — telefonare con il cellulare all’interno di questi laboratori è impossibile. La temperatura viene mantenuta stabile: non può variare più di 0,1 gradi all’ora. I ricercatori — che in fondo sono la maggiore fonte di disturbo nel laboratorio — controllano gli esperimenti da una stanza adiacente. Da lì possono anche spegnere completamente la ventilazione nella stanza degli esperimenti e lavorare solo con un raffreddamento dal soffitto, poiché la ventilazione genera rumore dell’aria. Quello che per l’orecchio umano è quasi impercettibile, potrebbe disturbare le delicate ricerche a livello di atomi o di spin elettronici e falsare i risultati.

40 tonnellate in sospensione

Questi laboratori si trovano nel seminterrato del nuovo edificio: le vibrazioni sono minori lì. A Rüschlikon sono direttamente sul terreno. Gli strumenti costosi milioni di franchi, come un microscopio a fascio elettronico o un microscopio elettronico a trasmissione, sono montati su un blocco di cemento di oltre 40 tonnellate. E questo, a sua volta, non poggia direttamente sul pavimento, ma galleggia su molle d’aria attivamente regolate.

Da poco più di un anno, gli operai stanno costruendo a Rüschlikon: la prima pietra è stata posata il 2 giugno 2009. IBM realizza la costruzione, che costerà 60 milioni di franchi. Altri 30 milioni di franchi vengono investiti da IBM e dall’ETH Zurigo in apparecchiature. Fin dall’inizio si sapeva che ci sarebbe stata una collaborazione con l’ETH. L’ETH affitterà un intero piano con uffici e laboratori e, insieme a IBM, condurrà ricerche in una camera bianca di 900 metri quadrati.

Originariamente, la consegna era prevista per marzo 2011. Ora avverrà molto prima: il 10 dicembre, come dice il project manager di IBM Roger Schneider: «Nelle ultime settimane, fino a 140 operai sono stati al lavoro sul cantiere, il che ha richiesto molta pianificazione e logistica.»

E anche molta flessibilità. La flessibilità è un termine centrale in tutto il progetto. «In un ambiente di ricerca scientifica come questo, si ristruttura continuamente, le esigenze cambiano costantemente», dice Schneider. Per questo, fin dalla fase di pianificazione, si è prestata attenzione a garantire che tutte le stanze potessero essere utilizzate e riorganizzate in modo flessibile. Perché il centro dovrà essere attivo per almeno i prossimi 25-30 anni. Così, anche i due piani degli uffici possono ospitare piccoli laboratori.

Requisiti più elevati

Le stanze di un piano sono ancora libere: IBM cerca, oltre all’ETH e all’Istituto federale di prova e ricerca dei materiali (Empa), altri partner. Secondo il portavoce di IBM Christopher P. Sciacca, l’azienda pensa a università e altre imprese private.

Flessibilità, ma anche i più alti standard, pongono grandi requisiti anche alla direzione dei lavori, dice Mike Critchley della Beta Projekt Management AG di Zurigo. «Le richieste che ci fa il centro di ricerca sono più alte rispetto alla costruzione di un ospedale», afferma. Lo spiega con un esempio: «Prima dell’inizio dei lavori, abbiamo dovuto demolire un edificio. Ma doveva essere fatto senza vibrazioni.» Perché: nei laboratori, i ricercatori lavorano senza interruzioni. «Il rischio di distruggere un esperimento a lungo termine sarebbe stato troppo alto», dice Mike Critchley. Per questo, i pilastri del nuovo centro di ricerca sono stati forati, non inchiodati. Inoltre, l’approvvigionamento del grande ambiente di 900 metri quadrati al piano terra è molto complesso: sono state installate tubazioni per alimentare le apparecchiature con energia, gas di processo, acqua di raffreddamento, aria compressa e acqua ultrapura.

Operatività completa dopo tre anni

Nel camera bianca, in futuro, verranno prodotti micro e nanostrutture in vari materiali solidi. Per poterli realizzare senza errori, l’aria deve essere filtrata in modo estremamente efficace, per evitare che particelle disturbino i componenti. La temperatura e l’umidità dell’aria devono essere controllate e regolate con precisione.

Prima che la camera bianca sia pienamente operativa e tutti i processi siano coordinati, ci vorranno ancora tre anni dopo la consegna, dice Roland Germann, responsabile delle operazioni del Nanocenter. «Nel primo anno, spenderemo circa metà dei 30 milioni di franchi per le apparecchiature. E negli anni successivi, altri 7,5 milioni di franchi.»

Calore nel sottosuolo

L’edificio sarà costruito secondo lo standard Minergie e avrà scambiatori di energia. Sono state installate quattro chilometri di sonde geotermiche sotto il parcheggio sotterraneo. La particolarità: in estate, IBM trasferirà il calore generato negli impianti tecnici, come le due enormi macchine di ventilazione per i Noisefree-Labs e la camera bianca, nel terreno. Questa energia immagazzinata verrà riutilizzata nei mesi più freddi. «Circa il 70% del calore di scarto può essere così recuperato», dice il project manager di IBM Roger Schneider.

Immagine: Ecco come sarà l’edificio in futuro: laboratorio di ricerca nanotech di IBM (IBM)
Autore: Thomas Zemp

Nanotecnologia: Piccolo scala, grande potenziale

Si attendono innovazioni in vari settori grazie alla nanotecnologia. Sono già noti, ad esempio, rivestimenti auto resistenti ai graffi o tessuti idrorepellenti. Gli esperti vedono un potenziale ancora maggiore in campi come la nanoelettronica, la sensoristica, la medicina e le tecnologie energetiche e ambientali.

Per nanotecnologia, i ricercatori intendono la tecnica alla base di materiali e sistemi le cui strutture hanno una dimensione tra 1 e 100 nanometri. È circa 400 volte più sottile di un capello umano. Un nanometro corrisponde a un milionesimo di millimetro.

I focus di ricerca di IBM e dell’ETH Zurigo nel nuovo centro vanno da progetti di ricerca di base a applicazioni pratiche. Le aree comuni includono materiali a base di carbonio, nanofili, nano-fotonica e spintronica.