Un catalogo di 8.872 materiali bidimensionali ha prodotto 1.629 candidati su cui l'industria dei simulatori quantistici potrà costruire la prossima generazione di dispositivi. L'elenco arriva da due studi pubblicati il 24 settembre 2026 su Science, coordinati dall'Università dei Paesi Baschi, dal Donostia International Physics Center e dalla Princeton University. Chi lavora sui materiali 2D ha ora un punto di partenza strutturato, finora inesistente.
Dentro il catalogo: 905 isolanti topologici, 61 semimetalli twistabili
Il primo lavoro, firmato da Urko Petralanda, Yi Jiang, Andrei Bernevig, Nicolas Regnault e Luis Elcoro, ha applicato il formalismo della topological quantum chemistry a 8.872 voci dei database aperti C2DB e MC2D. Il risultato è una libreria di 4.073 voci topologicamente non triviali: 905 isolanti topologici, 602 semimetalli topologici a numero pari di elettroni e 1.003 isolanti atomici obstructed, con l'indicazione se ciascun materiale sia già stato sintetizzato in laboratorio, esfoliabile da un cristallo massivo o soltanto previsto a calcolatore.
Il secondo studio, guidato da Yi Jiang e Andrei Bernevig, ha filtrato quel catalogo cercando materiali teoricamente twistabili, cioè con una struttura elettronica abbastanza pulita da restare prevedibile quando due strati atomici vengono ruotati uno sull'altro. Lo screening ha trovato 61 semimetalli e 1.568 isolanti, 1.629 piattaforme nuove per la twistronica con reticoli esagonali, quadrati e rettangolari e spin splitting debole o forte. In pratica un ricercatore oggi può aprire il database, scegliere simmetria e reticolo, scaricare le strutture a bande già calcolate e passare direttamente alla fase sperimentale, saltando mesi di modellistica.
Dal grafene magico del 2018 all'era industriale dei materiali quantistici
Otto anni fa un gruppo del MIT guidato da Pablo Jarillo-Herrero scoprì il cosiddetto grafene magico: due strati di grafene ruotati di circa 1,1° diventavano superconduttori a 1,7 kelvin, un comportamento prima mai osservato. Da allora la twistronica è vissuta di eccezioni, pochi sistemi noti studiati uno per uno, con un approccio più vicino all'alchimia che all'ingegneria.
Il catalogo di Science cambia la logica. Non si cerca più un materiale magico fortuito, si sceglie un piatto da una lista di 1.629. Il database online pubblicato dagli autori (topologicalquantumchemistry.org) permette di confrontare strutture a bande, isolare candidati, programmare l'esperimento prima di entrare in laboratorio e replicare i risultati. È il passaggio dall'era artigianale a una fase sistematica, paragonabile al salto che la chimica combinatoria ha fatto quando il drug discovery è diventato guidato dai dati e non più dall'intuizione del singolo chimico.
Il contesto italiano ed europeo: tanti soldi, poche firme
L'Italia ha stanziato 115,9 milioni di euro per il National Quantum Science and Technology Institute (NQSTI), avviato con fondi PNRR nel gennaio 2023 e che riunisce venti enti fra università e centri di ricerca pubblici. L'Unione Europea coordina dal 2018 il Quantum Flagship da un miliardo di euro, a cui si sono aggiunti fondi di Horizon Europe fino al 2027 e una nuova roadmap scientifica attesa a novembre 2026.
Fra i cinque autori principali dei due studi su Science non compare nessun ricercatore con affiliazione italiana. Nicolas Regnault firma per École normale supérieure di Parigi, Flatiron Institute e Princeton. SISSA di Trieste e IIT Pisa pubblicano sul grafene magico dal 2019, ma non hanno guidato questa svolta sistematica. Il quadro industriale europeo, raccontato nelle scelte della UE sulle aziende quantistiche, mostra una filiera italiana che attira capitale di rischio ma non ancora leadership scientifica consolidata nei database aperti.
Il prossimo banco di prova è la chiusura del programma NQSTI entro fine 2026 e la pubblicazione della roadmap SRIA del Quantum Flagship UE. Senza paper di punta nei repository come 2D-TQCDB, i 115,9 milioni resteranno un investimento infrastrutturale, non una scommessa vinta sulla fase industriale dei materiali quantistici.
Domande frequenti
Che cos'è il nuovo catalogo di materiali 2D e quale utilità offre ai ricercatori?
Il nuovo catalogo raccoglie 1.629 materiali bidimensionali selezionati come candidati ideali per la prossima generazione di simulatori quantistici. Offre ai ricercatori una base strutturata, accessibile online, per scegliere materiali, scaricare dati e accelerare la fase sperimentale.
Quali sono le principali categorie di materiali presenti nel catalogo?
Il catalogo include 905 isolanti topologici, 61 semimetalli twistabili, 602 semimetalli topologici a numero pari di elettroni e 1.003 isolanti atomici obstructed. Ogni materiale è corredato di informazioni sulla sintesi e le caratteristiche strutturali ed elettroniche.
In che modo il catalogo cambia l'approccio alla ricerca sui materiali quantistici rispetto al passato?
Prima si procedeva per tentativi e casi fortuiti, mentre ora è possibile selezionare razionalmente i materiali da una lista prefiltrata, risparmiando mesi di modellistica e aumentando la riproducibilità degli esperimenti. Si passa quindi da un approccio artigianale a uno sistematico e guidato dai dati.
Qual è il ruolo dell'Italia e dell'Europa in questo settore, secondo l'articolo?
L'Italia ha investito notevoli risorse attraverso il NQSTI e l'Europa coordina iniziative come il Quantum Flagship, ma la leadership nella ricerca sistematica sui materiali 2D non è ancora consolidata a livello italiano. Attualmente, nessun ricercatore italiano figura tra gli autori principali dei due studi su Science.
Dove è possibile consultare il catalogo dei materiali 2D e quali strumenti offre?
Il catalogo è disponibile online su topologicalquantumchemistry.org e permette di confrontare strutture a bande, isolare candidati e programmare esperimenti prima di entrare in laboratorio. Questo consente ai ricercatori di pianificare in modo più efficiente e riproducibile i propri studi.
Quali sono le prospettive future per il settore dei materiali quantistici in Italia?
Il settore italiano si trova di fronte al banco di prova della chiusura del programma NQSTI e alla pubblicazione della roadmap europea SRIA. Per trasformare l'investimento in una reale leadership sarà fondamentale produrre risultati di punta e pubblicazioni di rilievo nei principali database di settore.
