Fenomeni e processi a livello atomico
Stimolanti prospettive di collaborazione in Ingegneria dei materiali tra le Università del Colorado e di Trento
Intervista di Francesca Menna a Rishi Raj

Durante lo scorso semestre, il professore indiano Rishi Raj, docente presso l'Università del Colorado, è stato ospite della Facoltà di Ingegneria di Trento, dove ha tenuto il corso di Scienza e Tecnologia dei Materiali II, sviluppando in particolare quegli aspetti della scienza dei materiali relativi ai processi di deformazione e frattura dei materiali ad elevate temperature (1000-1500 °C).

Professor Raj, quali sono state le tappe salienti della sua carriera?

Ho lasciato l'India nel 1961 per andare a studiare ingegneria elettronica all'Università di Durham in Inghilterra. Nel 1965 ho iniziato il dottorato di ricerca alla Harvard University in scienze applicate, un programma molto interdisciplinare e interessante perché gli studenti possono toccare un po' tutte le aree. È per questo motivo che sono passato dall'ingegneria elettronica all'ingegneria dei materiali. Ho conseguito il titolo di PhD nel 1970 e poi, dopo aver lavorato un anno per la Kennecott Copper Company, sono diventato assistente in ingegneria meccanica all'Università del Colorado a Boulder. Dopo 4 anni mi sono trasferito al dipartimento di ingegneria dei materiali della Cornell University. Qui ho portato avanti gran parte della mia attività di ricerca degli ultimi 25 anni. Nel 1996 sono ritornato al mio vecchio dipartimento all'Università del Colorado.

Qual è la sua area di ricerca?

Principalmente mi dedico a capire come mettere in relazione le proprietà meccaniche dei materiali con la struttura atomica, come creare modelli che mettano in relazione il movimento degli atomi nei solidi con fenomeni che possono essere misurati in laboratorio. Quello che mi interessa è proprio questa relazione tra fenomeni e processi a livello atomico.

A Trento che cosa ha insegnato?

Ho tenuto un corso sulla modellazione delle proprietà meccaniche dei materiali ad alte temperature, in particolare sul come mettere in relazione la struttura dei solidi a livello atomico con le loro proprietà. Ad esempio abbiamo studiato come il comportamento a frattura e a deformazione di un materiale cambi quando la dimensione fisica dei modelli diventa molto piccola, diciamo come un capello umano. A questo livello è necessario avere un diverso modo di pensare per progettare e utilizzare i materiali.
Il lavoro del professor Sorarù, dell'Università di Trento, sui vetri ossicarburi è un tipico esempio di materiale nanostrutturato. I vetri hanno una temperatura di transizione che rappresenta una variazione nella mobilità delle molecole che porta alla cristallizzazione del vetro. Normalmente l'aggiunta di altri elementi al puro ossido di silicio abbassa la temperatura di transizione del vetro, vale a dire che rammollisce a temperature più basse. Tuttavia, negli ossicarburi il professor Sorarù ha trovato che l'aggiunta di carbonio innalza la transizione del vetro a temperature molto più alte. Stiamo cercando di spiegare questo effetto inusuale in termini di nanostruttura della distribuzione di legami formati tra silicio, ossigeno e carbonio.

Secondo lei è meglio la ricerca di base o la ricerca applicata?

Beh, penso che la giusta misura stia nel mezzo. Credo che per la formazione dello studente sia meglio la ricerca di base perché quando lo studente pone una domanda e trova la risposta a una domanda molto basilare vuol dire che ha imparato a pensare in maniera più profonda e più creativa.
Poi inizia a porre nuove domande e questo processo dura per tutta la vita. La ricerca di base prepara i nostri studenti meglio anche per la ricerca applicata perché insegna a porre questioni più astratte: questo può portare a inventare tecnologie completamente nuove come l'ingegneria genetica, l'e-mail e Internet.

Che applicazioni ha la sua ricerca?

Stiamo iniziando ora ad utilizzare modelli per sviluppare concetti che possano portare novità scientifiche e tecnologiche. Per esempio, stiamo iniziando a suggerire nuovi meccanismi sul come la forza meccanica interagisce con l'energia chimica. Questi concetti trovano applicazione nel mondo biologico: nell'immobilizzazione delle cellule e nella crescita delle cellule sottoposte a una costrizione meccanica. Per esempio il professor Carturan a Trento sta utilizzando cellule che sono quasi ingabbiate e le sta utilizzando come organi artificiali per la produzione di insulina. L'applicazione del nostro lavoro consiste nello spiegare perché le cellule che sono ingabbiate smettono di riprodursi e continuano invece le loro funzioni biologiche.
In un'altra area ci interessiamo di strutture costituite di film sottili di diversi tipi di materiali per la costruzione di minuscole pile a combustibile.

Come le è sembrata l'esperienza a Trento?

È stata un'esperienza bellissima. Mi piace molto la gente, mi piace il rapporto con i colleghi e con gli studenti, non soltanto a livello professionale ma anche a livello umano.

Che differenze ha notato tra gli studenti italiani e quelli americani?

Qui c'è una cultura molto diversa. Negli Stati Uniti, nella ricerca, a livello di dottorato, gli studenti arrivano da tutto il mondo. È più internazionale. Inoltre negli Stati Uniti abbiamo un maggior numero di dottorandi: nelle università più importanti, per esempio alla Harvard University, all'incirca la metà della popolazione studentesca è formata da dottorandi. Ho anche l'impressione che le università americane abbiano una maggiore varietà di fonti di finanziamento, sia per la didattica che per la ricerca, e non soltanto fondi pubblici bensì anche finanziamenti da parte di privati, fondazioni, industrie, donazioni.

Quali sono i suoi progetti per il prossimo futuro?

Dopo il corso a Trento tornerò in Colorado, ma continueremo ad avere scambi con il professor Sorarù. Spero che uno dei suoi dottorandi verrà in Colorado a lavorare con noi, e uno dei miei studenti verrà qui per 3-4 mesi a fare ricerca. Stiamo anche cercando di verificare la possibilità di formalizzare il rapporto tra l'Università di Trento e l'Università del Colorado, in modo da poter dare vita a un accordo per scambi di studenti prima a livello di dottorato da estendere poi anche agli studenti del corso di laurea.

Nelle foto: sopra: il professor Rishi Raj durante il corso presso la Facoltà di Ingegneria; sotto: particolare ottenuto attraverso un microscopio elettronico a scansione (SEM) di un materiale a base di Si-C-N (courtesy of J.H. Kleebe, University of Bayreuth).