Desarrollaron una tecnología que se encuentra en dispositivos electrónicos y marcadores biomédicos: los puntos cuánticos. Por este motivo Alexei Ekimov, Louis Brus y Moungi Bawendi recibirán el Premio Nobel de Química 2023. Los tres investigadores descubrieron las propiedades ópticas y electrónicas de estas diminutas nanopartículas en materiales sólidos o líquidos. Con este conocimiento, también desarrollaron métodos para crear nanopuntos personalizados.
Los llamados puntos cuánticos se encuentran en los QLED y en muchos televisores y se utilizan como sustancias marcadoras en medicina. Fundamental para la mayoría de las aplicaciones de los puntos cuánticos es su capacidad de emitir fotones de una longitud de onda específica cuando se excitan con corriente o radiación. El principio básico detrás de esto es una banda prohibida en los niveles de energía de sus electrones, similar a un semiconductor. El ancho de esta banda prohibida depende del tamaño de los puntos cuánticos. Los puntos cuánticos emiten luz cuando, tras la separación de cargas por excitación, se produce una recombinación de electrones y “huecos” positivos. La energía previamente absorbida se libera en forma de fotones, como luz de una determinada longitud de onda.
Dado que la longitud de onda de esta luz es específica de los puntos cuánticos, los colores de estos puntos cuánticos son más intensos y definidos que, por ejemplo, los LED clásicos. Otras características, como el potencial redox en reacciones químicas o la temperatura de fusión de estas nanopartículas, también dependen directamente de su tamaño.
El secreto de las vidrieras decodificadas.
El ganador del primer premio, Alexei Ekimov de Nanocrystals Technology en Nueva York, dio el primer paso hacia el descubrimiento de los puntos cuánticos en 1979, mientras investigaba sobre vidrieras, en aquella época todavía en la antigua Unión Soviética. Quería comprender cómo una contaminación selectiva de estos vidrios con partículas extrañas produce sus colores y cómo se puede influir de manera más específica en el crecimiento de dichas partículas en el vidrio fundido. Utilizando el ejemplo de los nanocristales de cloruro de cobre en el vidrio, Ekimov descubrió que el espectro de la luz absorbida cambiaba dependiendo del tamaño de las partículas del cristal: cuanto más pequeños eran los nanocristales, más azul era el color de la luz. Ekimov atribuyó este efecto a la interacción de electrones y huecos en el material y creó una ecuación que describe la relación entre la energía de los fotones y el tamaño de las partículas. Esto marcó el descubrimiento de los primeros puntos cuánticos semiconductores cristalinos.
El siguiente paso lo dio en 1983 un equipo dirigido por Louis Brus de la Universidad de Columbia en Nueva York. Sin saber nada del descubrimiento de Ekimov, estaban investigando nanopartículas coloidales. Durante experimentos con partículas de sulfuro de cadmio en solución, descubrieron también el efecto del tamaño de las partículas en el espectro de partículas excitadas y crearon un modelo correspondiente. Estos efectos cuánticos dependientes del tamaño deberían producirse por debajo de un tamaño de partícula de cinco nanómetros y también influir en los potenciales redox fotoquímicos.
Puntos cuánticos personalizados
Sin embargo, la producción selectiva de tales puntos cuánticos todavía era compleja y se limitaba únicamente a determinadas partículas. Sin embargo, esto cambió en 1993 con el trabajo del ganador del tercer premio, Moungi Bawendi del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Fue el primero en desarrollar un método mediante el cual se podían producir puntos cuánticos de tamaño definido y alta calidad óptica. Para esta síntesis, se inyectan compuestos organometálicos en un disolvente caliente con una alta temperatura de ebullición. Esto conduce a una fuerte sobresaturación de la solución y pequeñas partículas comienzan a cristalizar. Al reducir rápidamente la temperatura y diluir, este proceso de cristalización se puede detener o continuar. «El método de inyección en caliente desarrollado por Bawendi y su equipo ha allanado el camino para el uso de puntos cuánticos a gran escala», afirmó el Comité del Premio Nobel al elogiar el desarrollo.
Juntos, los tres premios Nobel de química hicieron posible una tecnología que ya es un componente importante de la electrónica moderna. «El descubrimiento de los puntos cuánticos y la capacidad de producir tales materiales con alta precisión pero con métodos químicos relativamente simples fue un paso crucial en el desarrollo de la nanociencia y la nanotecnología», explica el Comité del Premio Nobel. Sin embargo, con la aparición de aplicaciones de la física cuántica, como las computadoras cuánticas y la comunicación cuántica, puede llegar a ser aún más importante en el futuro.
Fuente: Nobelprize.org
