La nanotecnología y los puntos cuánticos reconocidos con el Premio Nobel de Química 2023
Por: Gabriel Merino, Departamento de Física Aplicada, Cinvestav Mérida.
Miguel Ángel Méndez Rojas, Departamento de Ciencias Químico-Biológicas, Universidad de las Américas Puebla.
Los científicos Moungi Bawendi (Massachusetts Institute of Technology), Louis Brus (Universidad de Columbia) y Alexey Ekimov (Nanocrystals Technology, quien casualmente se encontraba de vacaciones en México cuando el Comité Nobel lo contactó) han sido galardonados con el Premio Nobel de Química 2023 por el descubrimiento de los llamados 'puntos cuánticos'. Estos puntos cuánticos son nanomateriales con propiedades físicas únicas que han revolucionado la nanotecnología y tienen aplicaciones en electrónica, biomedicina, sensores y en muchas otras áreas.
El inicio de esta investigación se remonta a 1981 cuando Ekimov, mientras estudiaba muestras de vidrio coloreado con cloruro de cobre, observó un fenómeno interesante. Descubrió que el color de estos vidrios dependía del tiempo y la temperatura a los que se sometían. Tras un análisis más profundo, reveló la existencia de diminutos cristales de cloruro de cobre en el interior del vidrio, pero lamentablemente, su hallazgo no recibió la atención necesaria en ese momento.
Unos años después, sin conocer el trabajo de Ekimov, Brus investigó el uso de partículas de sulfuro de cadmio para catalizar reacciones con energía solar. Durante su investigación, notó que las propiedades ópticas de estas partículas variaban con el tiempo, lo que probablemente se debía a cambios en su tamaño, y debido a su tamaño y propiedades ópticas cuantizadas, se denominaron 'puntos cuánticos'. Posteriormente, en 1993, Bawendi desarrolló métodos para sintetizar de manera controlada estos puntos cuánticos, produciendo nanopartículas casi perfectas y de tamaños específicos.
Los puntos cuánticos confinan los electrones en espacios muy pequeños, que oscilan entre 1 y 8 nanómetros (1 nanómetro es la diez mil millonésima parte de un metro). Esto hace que estos materiales se comporten como 'átomos gigantes', con una estructura electrónica discreta. Cuando interactúan con luz de ciertas longitudes de onda, se excitan y emiten luz, un fenómeno conocido como luminiscencia. La longitud de onda de la luz emitida depende del tamaño de la partícula. Por ejemplo, los puntos cuánticos de 5-6 nm emiten luz en tonos naranjas o rojos, mientras que los de 2-3 nm emiten en tonos azules o verdes.
Estas propiedades han llevado a una amplia gama de aplicaciones. Por ejemplo, se utilizan en pantallas de televisión (con tecnología Quantum LED, o QLED) para producir colores intensos, nítidos y brillantes, al tiempo que consumen poca energía y ofrecen una resolución visual excepcional. Además, se emplean en biomedicina tanto para la imagenología médica como en el desarrollo de terapias para la detección y el tratamiento del cáncer. Estos puntos cuánticos, a pesar de su diminuto tamaño, han desempeñado un papel crucial en la revolución tecnológica actual de los nanomateriales.
Los puntos cuánticos también han mostrado ser herramientas valiosas en el campo de la energía sostenible. Se utilizan en celdas solares de nueva generación para mejorar significativamente la eficiencia de la conversión de la energía solar en electricidad. Gracias a su capacidad para ajustar sus propiedades ópticas según su tamaño, los puntos cuánticos permiten capturar una amplia gama de longitudes de onda de la luz solar, lo que maximiza la eficiencia de la conversión. Esta innovación promete un aumento significativo en la producción de energía limpia y renovable a partir del sol.