25/05/2026
Uno studio teorico condotto dall’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Nano) e dalla Scuola Normale Superiore (SNS) dimostra un nuovo meccanismo di termoelettricità quantistica. In tale fenomeno, sorprendentemente, l’ambiente elettromagnetico freddissimo che circonda un dispositivo superconduttivo non agisce come semplice sfondo, ma contribuisce attivamente al processo di generazione di una tensione elettrica. Il risultato è pubblicato sulla rivista npj Quantum Information, e apre nuove prospettive per il controllo del trasporto di energia nei dispositivi quantistici operanti a bassissime temperature.
La termoelettricità è il fenomeno che consente di convertire una differenza di temperatura in energia elettrica. Nei materiali convenzionali, l’origine si deve alle asimmetrie interne al materiale, come la diversa mobilità di elettroni e lacune, che, in presenza di una differenza di temperatura, si distribuiscono, in modo non uniforme, generando una tensione elettrica.
Il caso studiato da Alessandro Braggio, Giorgio De Simoni e Francesco Giazotto di Cnr-Nano insieme a Filippo Antola di SNS, rivela un meccanismo profondamente diverso. I ricercatori hanno analizzato un sistema costituito da una giunzione superconduttiva, in cui gli elettroni possono attraversare, per effetto tunnel, una barriera isolante. Hanno quindi mostrato che, a temperature prossime allo zero assoluto, l’ambiente elettromagnetico circostante può assorbire energia dal dispositivo, ma ha una capacità fortemente ridotta di restituirla. «In sostanza, il sistema non risponde allo stesso modo quando cede o assorbe energia, e questa asimmetria dà origine a un effetto inatteso: il calore può essere convertito in una differenza di potenziale elettrico, cioè una tensione, in condizioni in cui, secondo la fisica classica, il fenomeno non dovrebbe avvenire», spiega Filippo Antola.
«Il risultato mette inoltre in evidenza che l’ambiente quantistico non è un semplice sfondo passivo, ma può contribuire attivamente al comportamento del dispositivo: non è il materiale da solo a generare termoelettricità, ma il modo quantistico in cui interagisce con l’ambiente», continua Alessandro Braggio. Lo studio suggerisce una prospettiva diversa sul ruolo dell’ambiente nei dispositivi quantistici. «Nelle tecnologie quantistiche, l’ambiente esterno è stato a lungo considerato principalmente una sorgente di rumore e di perdita di informazione. Questo lavoro mostra invece che, in particolari condizioni, l’ambiente quantistico può diventare una risorsa per la produzione di potenza, aprendo la strada allo sviluppo di sistemi in cui esso viene progettato come elemento funzionale», conclude Braggio.
Sebbene teorico, lo studio apre la strada a possibili applicazioni come ad esempio sensori termici ultrasensibili e la gestione del calore nei circuiti quantistici, dove anche minime variazioni energetiche possono risultare cruciali per il funzionamento dei dispositivi.
Per informazioni:
Maddalena Scandola
CNR - Istituto Nanoscienze
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