"Puntos cuánticos": su descubrimiento ha sido galardonado con el Premio Nobel de Química 2023

Como reconocimiento a sus admirables contribuciones, los científicos Moungi Bawendi, Louis Brus y Alexei Ekimov recibieron el Premio Nobel de Química 2023. Este es un hecho que muy pocos se atrevieron a imaginar, ya que solo se contaba con las teorías respecto a los efectos de los puntos cuánticos según su tamaño.

Pero llegar a la cima ha sido un camino que ha requerido mucha paciencia. Todo comenzó en el año 1937, cuando Herbert Fröhlich teorizó que las nanopartículas podían variar su comportamiento según su forma y tamaño. Fue un gran desafío demostrar su teoría, ya que se requería de estructuras ¡más pequeñas que un alfiler!

Unas décadas después, en 1981, Alexei Ekimov centró su trabajo en la absorción de luz en nanocristales. Posteriormente Louis Brus de la Universidad de Columbia, experimentó con partículas líquidas, concluyendo que el tamaño de estas diminutas partículas influía en la absorción de la luz.

Para culminar con este camino, Moungi Bawendi del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), se arriesgó con métodos para generar nanocristales de alta calidad. Como consecuencia de este arduo trabajo en cadena, hoy podemos comprender los puntos cuánticos y su aplicación en varias disciplinas.

¡El tamaño sí importa! para el color que emite la luz de los puntos cuánticos

Los puntos cuánticos, conocidos también como nanocristales semiconductores, son partículas diminutas que tienen propiedades ópticas y electrónicas únicas debido a su tamaño y estructura cristalina. Son tan pequeños que su comportamiento está gobernado por las leyes de la mecánica cuántica.

Cuando los puntos cuánticos tienen un tamaño específico su estructura cristalina encierra los electrones y agujeros en tres dimensiones. Esto permite que se observen tres espectros de colores:

• puntos cuánticos pequeños, tienen una separación de energía más grande, emitiendo luz con una longitud de onda corta correspondiente a los colores azul y violeta del espectro visible;
• puntos cuánticos medianos, tienen una separación de energía intermedia y emiten luz de onda asociada a los colores como el amarillo y el verde;
• puntos cuánticos grandes, poseen una separación energética menor y son capaces de emitir luz con longitudes de onda más largas, es decir, se puede observar el color rojo del espectro visible.

En esta direccción, los puntos cuánticos se han utilizado en pantallas para mejorar el color y la eficiencia energética. Con este enfoque los puntos cuánticos han sido aliados para mejorar la gama de colores, potenciar el ajuste de la temperatura del color, mantener la calidad de una imagen por más tiempo e implementar las pantallas de alta resolución.

Ocho aplicaciones de los puntos cuánticos que nos han simplificado la vida humana

Los puntos cuánticos cuentan con aplicaciones en diversas áreas de la industria debido a la excelencia de sus propiedades. Algunas de las más destacadas incluyen:

• sensores, para detectar sustancias y condiciones como gases tóxicos, biomoléculas y temperaturas extremas;
• criptografía cuántica, para asegurar la transmisión segura de información en sistemas cuánticos;
• almacenamiento de datos, debido a su capacidad para reunir información a nivel nanométrico;
• celdas solares, por mejorar la captura de luz en celdas solares y aumentar la eficiencia de conversión de energía;

• detección biológica, donde pueden ser modificados para unirse selectivamente a ciertas estructuras biológicas facilitando la detección y seguimiento celular en estudios biológicos y médicos;
• imagenología médica, para mejorar la visualización de tejidos y órganos en las resonancias magnéticas y tomografía computarizada.
• iluminación, para producir luz blanca de alta calidad acompañada de una reproducción mejorada del color;
• pantallas de dispositivos electrónicos, como televisores, monitores de computadoras y dispositivos móviles para mejorar la calidad del color y la eficiencia energética.

Las diversas aplicaciones de los puntos cuánticos han llegado para quedarse y ser exploradas en áreas inimaginables. La ciencia ha generado una tecnología que, en las manos correctas, genera beneficios en la salud, la educación y el cuidado de nuestro planeta Tierra.