IBM ammaestra gli elettroni

Gli scienziati di Big Blue sono riusciti a controllare lo stato di carica del singolo atomo aggiungendo e rimuovendo un elettrone. IBM parla di una pietra miliare nello sviluppo dei futuri dispositivi su scala atomica

Milano - Un gruppo di scienziati dell'IBM Zurich Research Laboratory e della Chalmers University of Technology di Goteborg sono riusciti a manipolare e controllare con successo lo stato di carica di singoli atomi.

Con questo esperimento i ricercatori affermano di aver spalancato una nuova dimensione nella manipolazione atomica: la capacità di aggiungere o rimuovere un elettrone da un particolare atomo rappresenta infatti, secondo IBM, un decisivo passo avanti verso lo sviluppo di dispositivi di dimensioni atomiche. La commutazione tra i differenti stati di carica di un atomo permette, per esempio, di controllare la reattività chimica, le proprietà ottiche o il momento magnetico.

Come riportato dalla celebre rivista Science, i ricercatori IBM Jascha Repp e Gerhard Meyer hanno aggiunto e rimosso un singolo elettrone su uno specifico atomo di oro (Au) posizionando la punta di un microscopio a scansione effetto tunnel (STM) a bassa temperatura sopra l'atomo e applicando un impulso elettrico. Questa manipolazione non ha effetti sulla posizione laterale dell'atomo di oro assorbito da una pellicola isolante ultrasottile - spessa solamente due strati atomici - di cloruro di sodio (NaCl) posta su un substrato metallico.
L'immagine tridimensionale in falso colore prodotta dal microscopio a scansione a effetto tunnel (STM) mostra due atomi d'oro sulla superficie isolante di una pellicola di NaCl. L'atomo a sinistra è stato intenzionalmente trasferito dal suo stato neutro a quello di ione negativo attraverso una manipolazione dell'STM"Cosa ancora più importante - ha spiegato IBM -, entrambi gli stati di carica dell'atomo sono risultati stabili: l'elettrone aggiunto, cioè, rimane sull'atomo fino a quando non viene applicato un impulso elettrico di segno opposto. La stabilizzazione di stati di carica differenti avviene mediante minuscoli cambiamenti nelle posizioni degli atomi sulla pellicola di ioni. Grazie alla forte polarizzazione ionica della pellicola, lo ione Cl- posto sotto l'atomo di oro si sposta verso il basso, mentre gli ioni Na+ circostanti si spostano verso l'alto. Questo particolare pattern genera un potenziale attrattivo per la nuova carica sull'atomo Au. Nell'immagine restituita dall'STM, il nuovo stato di carica dell'atomo di oro appare come un solco circolare intorno all'atomo".

"Un semplice trasferimento di elettrone senza cambiamenti duraturi delle posizioni del nucleo di ioni non risulterebbe stabile dal momento che un elettrone che risieda in uno stato eccitato sull'atomo Au manipolato passerebbe rapidamente per effetto tunnel al metallo del substrato", ha spiegato Repp, che ha progettato e condotto l'esperimento.

L'immagine prodotta dal microscopio a scansione a effetto tunnel (STM) mostra due atomi d'oro sulla superficie isolante di una pellicola di NaCl. L'atomo a sinistra è stato intenzionalmente trasferito dal suo stato neutro a quello di ione negativo attraverso una manipolazione dell'STM. La modifica dello stato di carica è provata dal solco scuro che circonda l'atomo d'oro"La nostra scoperta rappresenta un importante passo avanti verso l'impiego di un singolo atomo o di una singola molecola come blocco elementare per una possibile tecnologia futura operante su scala atomica", ha commenta Gerhard Meyer, che guida il lavoro di ricerca basato sull'STM presso l'IBM Zurich Research Laboratory. "A livello nanometrico, la creazione di strutture funzionali complesse richiederà la capacità di controllare non solo la posizione e le proprietà geometriche e meccaniche degli atomi, ma anche i parametri elettronici e chimici a livello atomico".

Nel 1990 Don Eigler, dell'IBM Almaden Research Center di San Jose, in California, aveva dimostrato la possibilità di utilizzare un STM per posizionare atomi su una superficie mantenendo una precisione atomica della loro collocazione. Ora è stato compiuto il passo successivo manipolando gli elementi che costituiscono l'atomo.

"Le proprietà chimiche e fisiche degli ioni in genere - ha sottolineato Repp - sono qualitativamente differenti da quelle dei corrispondenti atomi neutri. Per questo le nostre scoperte avranno un impatto non solo sulla fisica ma anche sulla chimica. Le possibili applicazioni di questo fenomeno vanno dalla catalisi ai dispositivi di memoria non volatile fino alla tecnologia informatica quantistica".

Un modello sferico che mostra la geometria dopo la manipolazione con il microscopio a scansione a effetto tunnel (STM). Le sfere che rappresentano Au, Cl-, Na+ e rame (Cu) sono colorate rispettivamente di oro, verde, blu e rossoPer interpretare i risultati sperimentali, Fredrik Olsson e Mats Persson della Chalmers University hanno utilizzato calcoli basati sui principi della DFT (Density Functional Theory). In accordo con gli esperimenti, l'analisi teorica conferma due differenti stati stabili per l'atomo Au: uno pressoché neutro, l'altro caricato negativamente da un elettrone.

Come si è detto, la possibilità di aggiungere e rimuovere una carica elettronica in modo controllato su un singolo atomo costituisce un decisivo passo avanti verso il futuro sviluppo di dispositivi di dimensioni atomiche. Per esempio, potrebbe condurre alla produzione di celle di memoria non volatile di dimensioni molto ridotte. Come ha spiega Rolf Allenspach, responsabile del lavoro di ricerca sulla fisica dei sistemi su scala nanometrica presso il laboratorio di Zurigo, "memorie di dimensioni atomiche aumenterebbero la quantità di dati archiviabili su una determinata area di almeno diecimila volte". Un'altra possibilità riguarda la modifica delle proprietà di un materiale a livello atomico.

La collaborazione tra IBM e la Chalmers University è stata condotta all'interno del network "Atomic and Molecular Manipulation as a new Tool for Science and Technology" della Comunità Europea.
48 Commenti alla Notizia IBM ammaestra gli elettroni
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  • In risposta al solito anonimo pontificatore.

    > Quello che mi domando è, quali
    > materiali useranno?

    Quello che funziona meglio e questo lo dimostrerà l'esperienza diretta. Quindi faranno prove su molti materiali, e prenderanno quello che ha il miglio rapporto prezzo prestazioni.

    Non c?è dubbio.

    > L'oro come nell'esperimento o qualche
    > materiale radioattivo tipo uranio?

    anche tu con la bacata idea che "fisica atomica"="fisica delle bombe atomiche"="radioattività"?

    Mi scusi professore, anche se in fisica non ero una cima, ai tempi della scuola, le assicuro che la mia visione della sua aurea materia non è così semplicistica, come la mia domanda potrebbe farle supporre.
    Anche se ?ben inteso? non potrà mai avvicinarsi alla sua.


    La fisica atomica è semplicemente la fisica di tutta la materia che tu conosci, e il

    Grazie Professore, e fin qui ci arriviamo anche noi comuni mortali.

    99% o più di essa non è affatto radioattiva. Per questi scopi la radioattività
    sarebbe solo una seccatura e non darebbe alcun vantaggio.

    Se permette Professore, ho i miei dubbi che qualche industriale si faccia scrupoli nel far brevettare un?invenzione dannosa alla salute umana, qualora la stessa gli arrechi profitto.
    Gli esempi non mancano, idrocarburi e frequenze dei cellulari, tanto per menzionarne un paio.
    (Lo stesso Esercito Italiano mandò i nostri ragazzi in Kosovo con la convinzione che per lavorare in presenza di uranio impoverito, bastasse una maschera anti NBC. Ma questa è una divagazione? mi rendo conto Professore).


    Qui si parla di spostare elettoroni su atomi
    e questo si fa a prescindere dal fatto che poi l'atomo decada o meno emettendo radizioni, che non farebbero che mettere a repentaglio l'integrita dell'utiilzzatore e del supporto stesso.

    Ho avuto modo di leggere (immeritatamente) la teoria dei quanti di Max Planck che ne descrive la tecnica.

    E' un puro problema di elettodinamica quantistica, e l'elettrodinamica quantistica si basa sulla forza elettromangetica. La radiottività si basa sulle forze nucleari forte e debole.

    Qui i casi sono due:

    O si investe il suddetto elettrone di un fascio di corrente (come lei ha ben riassunto) tale da fargli vincere la forza di attrazione del quanto in cui si trova, per farlo passare al successivo (atomo eccitato), cosa assai più semplice, in un atomo di Uranio che in uno di Oro, (proprio per la nota capacità del primo di causare reazioni a catena).
    Veda la teoria del summenzionato maestro.

    Oppure, come nell?esperimento in questione, dotare ogni nostro Hard Disk di un microscopio a scansione Tunnel che vada a prelevare ciascun elettrone col suo beccuccio dal suo livello di energia, e lo vada a depositare al livello successivo, questo ovviamente non in una singola operazione ma in più operazioni simultaneamente a seconda di come si voglia migliorare la capacità di scrittura dati dell?HD.
    Operazione economicissima, tutti noi ce ne rendiamo conto.

    Perciò mi domandavo se, dati i tempi (barbari) che corrono, non sarebbe più realizzabile la prima ipotesi, considerando il fatto che tutt?ora il sistema di archiviazione dati dei nostri HD deve obbedire all?elettromagnetismo.
    Da qui l?ipotesi che tanto l?ha fatta sorridere (sdegnare?).

    Ovviamente i valenti scienziati della Chalmers University of Technology di Goteborg si prefiggono di realizzare la seconda ipotesi su scala industriale, in tempi brevi.

    Con questa mia volevo semplicemente esporle le considerazioni che mi hanno portato a formulare un così puerile interrogativo.

    Nel ringraziarla infinitamente per l?elargizione, nei miei confronti, delle sue perle di saggezza, Le porgo i miei più servili saluti.

    Suo umilissimo allievo.


    ==================================
    Modificato dall'autore il 27/07/2004 21.55.29
    non+autenticato
  • .. e se poi l'elettrone non ubbidisce?
    .. e se poi si innesca una reazione atomica?
    .. e se l'isotopo che si viene a creare divienta radioattivo?
    ... e se un neutrino vagante mi colpisce l'atomo che contiene il bit di parità dell'hash ?
    ... e in italia? che ruolo avrà Berlusconi in tutto cio?
    Sorride

    non+autenticato

  • - Scritto da: Anonimo

    > ... e in italia? che ruolo avrà
    > Berlusconi in tutto cio?
    >Sorride

    Di sicuro sarà colpa sua !
    Colpa di cosa ?
    Bhodi qualunque cosa !
    Non lo dice la sinistra ?

  • - Scritto da: Anonimo
    > .. e se poi l'elettrone non ubbidisce?
    allora è certamente come minimo comunista, peggio anarconinsurrezionalista.
    Anzi direi che tutta la meccanica quantistica è anrcoinsurrezionalista!

    > .. e se poi si innesca una reazione atomica?
    ???Deluso
    Hai mai sentito di uno che accendeva una lampadina e scattava una reazione atomica.

    Accendere una lampadina sposta una qunatita esagerata di elettroni, e non fa nulla di tutto ciò. E tu pensi che 1 misero elettrone depositato su un atomo poss fare altrettanto?

    Per una reaziona atomica ci vuole materiale radiottivo in partenza, e atomo non vuol dire "radioattivo" per forza.

    > .. e se l'isotopo che si viene a creare
    > divienta radioattivo?

    Isotopo? Al più sarà uno ione. Per fare un isotopo devi cambiare il nucleo di un atomo: questo lo fai sprandoci dentro particelle alfa o elettroni ad alte energie.

    > ... e se un neutrino vagante mi colpisce
    > l'atomo che contiene il bit di parità
    > dell'hash ?

    si usera un CRC, del resto le memrie di oggi soffrono pure loro i raggi comici

    > ... e in italia? che ruolo avrà
    > Berlusconi in tutto cio?
    >Sorride

    Metteremo anche lui a cavallo dell'atomo d'oro e poi lo buttiamo giù dalla rupe Occhiolino

    non+autenticato
  • - Scritto da: Anonimo
    >
    > si usera un CRC, del resto le memrie di oggi
    > soffrono pure loro i raggi comici

    eh, i raggi comici, gran brutta cosaA bocca aperta

    (chiedo venia ma non ho saputp resistere!)

  • - Scritto da: Anonimo
    > .. e se poi l'elettrone non ubbidisce?
    > .. e se poi si innesca una reazione atomica?
    > .. e se l'isotopo che si viene a creare
    > divienta radioattivo?
    > ... e se un neutrino vagante mi colpisce
    > l'atomo che contiene il bit di parità
    > dell'hash ?
    > ... e in italia? che ruolo avrà
    > Berlusconi in tutto cio?
    >Sorride
    >

    mah..io credo sinceramente che ci si siederà tutti attorno ad un tavolo per concertare, insieme ai sindacati:
    1) l'orario di lavoro dell'elettrone
    2) il diritto dell'elettrone di innescare una reazione atomica
    3) la piena dignità dell'isotopo e della sua natura 'diversa'
    4) la ferma condanna del neutrino che colpisce gli atomi invece di preferire l'ottica del dialogo

    Berlusconi alla fine dirà che il procedimento l'ha inventato lui qi notte quando cantava sulle crociere....
    non+autenticato
  • l'impiego della fisica atomica potrebbe aprire potenzialità infinite per PC e del resto non è una novità, anche l'orologio atomico dell' Istituto Nazionale Galileo Ferraris funziona con lo stesso principio, sebbene costruito in dimensioni maggiori.

    Quello che mi domando è, quali materiali useranno?
    L'oro come nell'esperimento o qualche materiale radioattivo tipo uranio?
    non+autenticato
  • > Quello che mi domando è, quali
    > materiali useranno?

    Quello che funziona meglio e questo lo dimostrerà l'esperienza diretta. Quindi faranno prove su molti materiali, e prenderanno quello che ha il miglio rapporto prezzo prestazioni.

    > L'oro come nell'esperimento o qualche
    > materiale radioattivo tipo uranio?

    anche tu con la bacata idea che "fisica atomica"="fisica delle bombe atomiche"="radioattività"?

    La fisica atomica è semplicemente la fisica di tutta la materia che tu conosci, e il 99% o più di essa non è affatto radioattiva. Per questi scopi la radioattività sarebbe solo una seccatura e non darebbe alcun vantaggio.

    Qui si parla di spostare elettoroni su atomi e questo si fa a prescindere dal fatto che poi l'atomo decada o meno emettendo radizioni, che non farebbero che mettere a repentaglio l'integrita dell'utiilzzatore e del supporto stesso.

    E' un puro problema di elettodinamica quantistica, e l'elettrodinamica quantistica si basa sulla forza elettromangetica. La radiottività si basa sulle forze nucleari forte e debole.



    non+autenticato
  • Se non sbaglio i conti, spingendo questo all'estremo se uno crea un reticolo di passo 5 Aangstrom (1 Aangstrom=10^-10 m) si hanno circa 10^16/25 bit per cm quadrato ovvero la bellezza di 100 TByte per cm quadrato.

    100 Tbyte sul chip della carta di credito e un armadio per alloggiare la testina di lettura che funziona solo in alto vuotoDeluso
    non+autenticato
  • magari miniaturizzano anche il modo di leggere/scrivere?
    oppure ci si rassegna che la terra è piatta?
    non+autenticato

  • - Scritto da: Anonimo
    > magari miniaturizzano anche il modo di
    > leggere/scrivere?
    > oppure ci si rassegna che la terra è
    > piatta?

    suvvia, si scherzava, gli STM di oggi sono già più piccoli di un armadio
    non+autenticato
  • Si forse i primi frutti saranno ingombranti ma se questo serve a costruire computer quantistici che come primo scopo abbiano sempre quello di studiare il mondo quantomeccanico, questo ci permettera' di calcolare e comprendere ulteriori finezze del mondo atomico ... il diavolo sta nei dettagli, sapendo dove e come metetre gli atomi giusti e gli elettroni che servono si possono creare materiali e dispositivi che ora non possiamo lontanamente immaginare Sorride Ma chi avrebbe mai previsto la superconduttivita' pur conoscendo la meccanica quantistica originale? Ci sono voluti 70 anni ed ora scopriamo che la storia continua che ci sono tipi di superconduttivita' diversa. Ogni tanto si inciampa su un effetto inspiegabile pur avendo tutte le carte in mano, ogni tanto il fenomeno non e' nemmeno facilmente riproducibile eppure qualcosa accade, vedi la fusione fredda, forse rimarra' un mistero per altri 70 anni ... poi' chissa' Sorride

    non+autenticato



  • > Ma chi avrebbe mai previsto la
    > superconduttivita' pur conoscendo la
    > meccanica quantistica originale? Ci sono
    > voluti 70 anni ed ora scopriamo che la
    > storia continua che ci sono tipi di
    > superconduttivita' diversa. Ogni tanto si
    > inciampa su un effetto inspiegabile pur
    > avendo tutte le carte in mano,

    secondo me arriveremo a scoprire e produrre energia illimitata dall'infinitamente piccolo e quindi il moto perpetuo in violazione del2ndo principio della termodinamica, sara' l'epoca dell'abbondanza con buona pace del petrolio e delle altre fonti di energia.
    bello eh?


    non+autenticato
  • Aspettiamoci una guerra biblica!
    Figurati se adesso con tutto il petrolio che gli americani hanno, noi non glielo compriamo più...
    Ma scherzi?! Se non fosse così, non sarebbe solo il buon Beppe Grillo ad andare in giro con una vettura a acqua.

    non+autenticato
  • :| boh....
    e perchè allora non i viaggi nel tempo?
    non+autenticato
  • "Atomic and Molecular Manipulation as a new Tool for Science and Technology" della Comunità Europea.

    lo hanno fatto con soldi della CE quindi il btrevetto non spetta ad ibm ma a tutti quelli della UE

    non e' giusto pagare 2 volte per la stessa cosa
    e' un furto !!

    e come se prendete un dipendente, lo pagate, e il lavore che ha fatto lo vende a altri

    non e' giusto !!!!!! IBM ci deve _qualcosa_
    non+autenticato

  • - Scritto da: Anonimo
    > non e' giusto !!!!!! IBM ci deve _qualcosa_

    Basta parlare di soldi, questa è una scoperta storica, non state lì a fare i ragionieri.
    E' come se vedendo il primo aereo volare il pubblico avesse detto: "sì ma chissà che prezzi fanno in alta stagione"
    non+autenticato
  • Beh, non l'abbiamo certamente imposta noi 'sta politica dei brevetti. Lo hanno fatto gli yankee. Prima ci spiano con Echelon per un decennio, poi impongono le regole sui brevetti delle idee (idee europee). Perché le idee? Perché non sono capaci, semplicemente sbirciando le nostre idee, di realizzare un prodotto finito concepito da altri... Come dire, conoscono il "che cosa", ma non il "come".

    E adesso ciucciano anche i fondi UE per altri brevetti...
    E poi, scusate, possibile che giochino con i singoli atomi e i singoli elettroni (al limite tra il classico e il quantistico) e non riescano a spingere i G5 oltrei 2,5 GHz? Mi fa un po' ridere... Tanto quanto i genetisti che si trastullano con i geni, montando, smontando e innestando senza aver ben compreso il funzionamento del DNA (fino a ieri, credevano che una parte di DNA fosse spazzatura).
    Pericolo!

    Tantopiù che, raggiunta la scala atomica, che accade? Che per rendere i chip più veloci bisognerà aumentarne la dimensione (tantissimi atomi). E siamo da capo...

    Aspettiamo il computer quantistico, va', che è meglio...

    Interessante invece la prospettiva per il settore delle nanotecnologie e dei nanorobot. Poter disporre i singoli atomi ordinatamente apre nuove prospettive. Pericolo (ancora)! Me l'immagino la CIA che invia i nanorobot IBM a scala atomica a Cuba o in Corea del Nord... Sai che disastri?
    non+autenticato

  • > Tantopiù che, raggiunta la scala
    > atomica, che accade? Che per rendere i chip
    > più veloci bisognerà
    > aumentarne la dimensione (tantissimi atomi).
    > E siamo da capo...

    ma sei sicuro di aver capito come funziona?
    non+autenticato
  • - Scritto da: Anonimo
    > E' come se vedendo il primo aereo volare il
    > pubblico avesse detto: "sì ma
    > chissà che prezzi fanno in alta
    > stagione"

    Per fortuna ai tempi dei fratelli Wright non si ragionava così...

    Oddio... anche all'epoca gli americani si davano da fare: ci sono esempi notevoli come Edison, o Bell che ruba l'invenzione a Meucci

    ==================================
    Modificato dall'autore il 27/07/2004 3.27.35

  • - Scritto da: ElfQrin
    > - Scritto da: Anonimo
    > > E' come se vedendo il primo aereo
    > volare il
    > > pubblico avesse detto: "sì ma
    > > chissà che prezzi fanno in alta
    > > stagione"
    >
    > Per fortuna ai tempi dei fratelli Wright non
    > si ragionava così...
    >
    > Oddio... anche all'epoca gli americani si
    > davano da fare: ci sono esempi notevoli
    > come Edison, o Bell che ruba l'invenzione a
    > Meucci
    >

    Pare anche che Marconi rubò l'invenzione della radio a Popov un po' come Bell la rubò a Meucci
    non+autenticato

  • - Scritto da: Anonimo
    >
    > - Scritto da: ElfQrin
    > > - Scritto da: Anonimo
    > > > E' come se vedendo il primo aereo
    > > volare il
    > > > pubblico avesse detto: "sì
    > ma
    > > > chissà che prezzi fanno in
    > alta
    > > > stagione"
    > >
    > > Per fortuna ai tempi dei fratelli
    > Wright non
    > > si ragionava così...
    > >
    > > Oddio... anche all'epoca gli americani
    > si
    > > davano da fare: ci sono esempi notevoli
    > > come Edison, o Bell che ruba
    > l'invenzione a
    > > Meucci
    > >
    >

    Correggo per non essere frainteso:

    Pare anche che Marconi rubò
    l'invenzione della radio a Popov un po' come
    Bell rubò l'invenzione del telefono a Meucci
    non+autenticato

  • - Scritto da: Anonimo
    >
    > - Scritto da: Anonimo
    > >
    > > - Scritto da: ElfQrin
    > > > - Scritto da: Anonimo
    > > > > E' come se vedendo il primo
    > aereo
    > > > volare il
    > > > > pubblico avesse detto:
    > "sì
    > > ma
    > > > > chissà che prezzi
    > fanno in
    > > alta
    > > > > stagione"
    > > >
    > > > Per fortuna ai tempi dei fratelli
    > > Wright non
    > > > si ragionava così...
    > > >
    > > > Oddio... anche all'epoca gli
    > americani
    > > si
    > > > davano da fare: ci sono esempi
    > notevoli
    > > > come Edison, o Bell che ruba
    > > l'invenzione a
    > > > Meucci
    > > >
    > >
    >
    > Correggo per non essere frainteso:
    >
    > Pare anche che Marconi rubò
    > l'invenzione della radio a Popov un po' come
    > Bell rubò l'invenzione del telefono
    > a Meucci

    Popov? Mi ricorda una favola che girava negli anni '50, su un certo Popov che avrebbe inventato praticamente tutto.
    La raccontavano nei circoli comunisti per decantare la superiorità della russia stalinista nei confronti degli stati uniti cattivi ed imperialisti.....
    Beh, sono passati 50 anni e siamo ancora a queste trollate: complimenti!!!
    Continuiamo così, fra altri 50 anni saremo a lavare i vetri delle auto agli incroci delle strade di Shanghai....
    non+autenticato
  • > Popov? Mi ricorda una favola che girava
    > negli anni '50, su un certo Popov che
    > avrebbe inventato praticamente tutto.

    Rambaldi?

    Occhiolino
    non+autenticato

  • - Scritto da: Anonimo

    > Popov? Mi ricorda una favola che girava
    > negli anni '50, su un certo Popov che
    > avrebbe inventato praticamente tutto.
    > La raccontavano nei circoli comunisti per
    > decantare la superiorità della russia
    > stalinista nei confronti degli stati uniti
    > cattivi ed imperialisti.....
    > Beh, sono passati 50 anni e siamo ancora a
    > queste trollate: complimenti!!!

    Un troll che dà agli altri del troll, andiamo bene. La sparata sui comunisti era la ciliegina sulla torta.
    non+autenticato
  • - Scritto da: Anonimo
    > Correggo per non essere frainteso:
    >
    > Pare anche che Marconi rubò
    > l'invenzione della radio a Popov un po' come
    > Bell rubò l'invenzione del telefono
    > a Meucci

    Ma Marconi non aveva inventato il telegrafo??
    non+autenticato
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