Il ghiaccio, simbolo di quiete e immobilità, nasconde invece una vitalità inattesa: può produrre elettricità quando viene piegato, stirato o persino attorcigliato. Lo hanno dimostrato i fisici di un team internazionale che comprende l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) di Barcellona, l’Università Xi’an Jiaotong in Cina e la Stony Brook University negli Stati Uniti.
Finora, gli scienziati si chiedevano perché il ghiaccio non fosse piezoelettrico. La piezoelettricità, infatti, è il fenomeno per cui alcuni materiali, se sottoposti a pressioni, generano una carica elettrica. In teoria l’acqua, essendo composta da molecole polari, avrebbe dovuto mostrare questa proprietà. Ma nei cristalli di ghiaccio i dipoli delle molecole si annullano a vicenda, impedendo l’effetto. Eppure, fenomeni naturali come i fulmini nelle tempeste nascono proprio da urti fra particelle di ghiaccio cariche. Un paradosso rimasto a lungo senza spiegazione.
Per risolverlo, i ricercatori hanno guardato oltre il piezoelettrico, puntando sull’effetto flexoelettrico. A differenza del primo, il flexoelettrico può manifestarsi in materiali di qualsiasi simmetria, e quindi anche nel ghiaccio. In laboratorio, gli scienziati hanno collocato una lastra di ghiaccio fra due elettrodi, verificando che piegandola si generava una differenza di potenziale. Il fenomeno si è ripetuto a tutte le temperature testate, fino a 0 °C, dimostrando che non si trattava di un artefatto.
A quanto pare la sorpresa più grande è arrivata quando le temperature sono scese a valori estremi, sotto i –113 °C. In quelle condizioni, sulla superficie del ghiaccio si è formato uno strato ferroelettrico, cioè una regione naturalmente polarizzata che può invertire la propria polarità se sottoposta a un campo elettrico esterno, un po’ come avviene con i poli di una calamita. Questo significa che il ghiaccio possiede non una, ma due modalità distinte per produrre elettricità: il flexoelettrico in condizioni più comuni e il ferroelettrico quando diventa estremamente freddo.
Secondo i ricercatori, il comportamento del ghiaccio rientra nella stessa categoria di materiali avanzati utilizzati per sensori e condensatori, come il biossido di titanio. Inoltre, il parallelismo con i fenomeni atmosferici è affascinante: l’energia registrata in laboratorio coincide con quella che si sviluppa negli urti tra particelle di ghiaccio nei temporali, offrendo una chiave di lettura di processi naturali finora poco compresi.
Come ha sottolineato Xin Wen, fisico e autore principale dello studio, “questa ricerca cambia il modo in cui guardiamo al ghiaccio: da materiale passivo a protagonista attivo, con potenziali implicazioni scientifiche e tecnologiche”. Non è escluso che la conoscenza di queste proprietà porti in futuro ad applicazioni innovative, anche se per ora restano soprattutto ipotesi da esplorare.
Per chi volesse approfondire, lo studio è stato pubblicato su Nature Physics ed è disponibile in FONTE.
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