Raffreddamento: elettrocalorica e cambiamento del modo in cui facciamo ricerca scientifica

Quando mi sono seduto per parlare con un professore di fisica dei materiali, l’ultima cosa che mi aspettavo era di sentire parlare dell’evoluzione darwiniana, ma è proprio da lì che è iniziata la mia conversazione con il professor Neil Mathur del dipartimento dei Materiali.

“Il fatto è che Dhruv,” ha esordito, “la scienza è un po’ come l’evoluzione. C’è questa idea sbagliata da parte dei governi secondo cui si possono semplicemente finanziare progetti scientifici che hanno un obiettivo finale chiaro e questo basta. È come dire che gli antenati delle giraffe allungavano il collo per raggiungere le foglie più alte ed è per questo che hanno colli lunghi. La realtà è che i colli più lunghi si sono sviluppati mediante mutazioni casuali e selezionati evolutivamente. Quindi devi lasciare che i ricercatori studino le cose a cui sono interessati, e poi, puoi cogliere le cose migliori dai loro risultati. È complicato, ma questa è l’evoluzione darwiniana. È così che la scienza ha sempre funzionato.

È una filosofia profonda, che mette in discussione il quadro più ampio dell’innovazione scientifica, e inizialmente mi ha lasciato senza parole. Da dove viene questo? Ebbene, dopo averne discusso, ho presto scoperto che la sua ricerca sui materiali elettrocalorici potrebbe fornire le risposte.

“È complicato, ma questa è l’evoluzione darwiniana. È così che la scienza ha sempre funzionato.”

Questi materiali si basano sull’effetto elettrocalorico in cui un campo elettrico provoca un cambiamento di temperatura e potrebbe potenzialmente sconvolgere l’attuale tecnologia dei frigoriferi e delle pompe di calore, offrendo un percorso più ecologico e più rapido per il controllo della temperatura. Tuttavia, quando Neil fece le sue scoperte, non stava inseguendo queste applicazioni. Si è invece concentrato nel rendere i materiali quanto più efficaci possibile, prova che a volte la buona scienza non ha bisogno della pressione delle applicazioni.

L’effetto elettrocalorico è descritto come un cambiamento di temperatura altamente reversibile dovuto ai cambiamenti nella polarizzazione elettrica a lungo raggio di un materiale. In parole povere, è un modo in cui il materiale si riscalda o si raffredda naturalmente con l’elettricità.

“Direi che questo campo era piuttosto di nicchia. C’è stato un po’ di lavoro sull’elettrocalorica negli anni ’60 e oltre, ma non sono riusciti a farlo funzionare molto bene, e il settore si è spento. È stato solo quando abbiamo pubblicato i nostri risultati nel 2006 che ha iniziato a suscitare maggiore interesse.”

Mathur si comporta in modo modesto. Il suo articolo del 2006 non solo attirò l’attenzione, ma riaccese l’intero campo. Il rapporto descrive in dettaglio come è possibile utilizzare una sottile pellicola di ceramica per applicare un campo elettrico più ampio e quindi ottenere un aumento di dieci volte dell’effetto elettrocalorico. Da allora, la ricerca elettrocalorica si è espansa rapidamente, con un numero di articoli pubblicati ogni anno circa 10 volte superiore.

“Il suo articolo del 2006 non ha solo attirato l’attenzione, ha riacceso l’intero campo”

Poi, nel 2009, hanno dimostrato che se si riescono a impilare molti di questi film in una struttura a sandwich è possibile pompare più calore, aumentando l’uso della tecnologia nel mondo reale. Dal 2006, altri ricercatori hanno cercato di emulare la loro ricerca con altri materiali, e il campo ha finalmente preso il volo. Ma sorge spontanea la domanda: poiché il campo è stato considerato improduttivo per molti anni e quindi meno attivo, questa scoperta sarebbe stata possibile se non fosse stato per curiosità?

Per Mathur e i suoi colleghi, ha dato loro la possibilità di essere in prima linea nella ricerca, e non sorprende che la conferenza annuale sull’elettrocalorica si tenga ora a Cambridge. Ma Neil si affretta a deviare i riflettori, evidenziandoli invece come un’opportunità di collaborazione e discussione.

“Quando sono andato negli Stati Uniti per una conferenza simile, sono stato descritto come un ‘illustre relatore invitato’ e mi è stato offerto un nastro con queste parole da mettere sotto il mio badge con il nome. Ma non lo ritengo necessario. È come dire che sono migliore di tutti voi, questo non farebbe altro che inimicarsi i miei colleghi. La realtà è che il lavoro che abbiamo fatto nel 2006 avrebbe potuto essere fatto da chiunque, ci è capitato di pensarci prima. Sì, la reazione seguire sarebbe sempre stato “ah, avremmo dovuto farlo!”, ma da allora tutti sono andati avanti e hanno prodotto una scienza straordinaria.

È un chiaro promemoria del fatto che la ricerca della buona scienza spesso arriva quando si lascia che i ricercatori seguano la propria passione e collaborino. Si pone la questione se siano necessari cambiamenti al sistema di finanziamento per riflettere questo. Il denaro è una considerazione costante per i dipartimenti; ottenere sovvenzioni è un ciclo infinito che manda in delirio molti ricercatori. Questo li distrae solo da un lavoro potenzialmente utile. Forse un sistema che garantisce stabilità finanziaria ma premia comunque l’innovazione potrebbe consentire alla ricerca di diventare più produttiva.

Per ora, proprio come l’evoluzione favorisce ciò che funziona piuttosto che ciò che è stato pianificato, la determinazione di Neil di attenersi ai materiali e di non preoccuparsi delle applicazioni potrebbe portare a molte più fruttuose scoperte nel campo. “In realtà sono semplicemente felice di fare la differenza per quanto riguarda i materiali. È divertente vedere cosa possiamo fare.”