Embedded Files
En el vasto y fascinante reino de lo infinitesimal, donde las leyes de la física se entrelazan con el mundo de lo cuántico, surgen los puntos cuánticos, diminutos héroes de la revolución tecnológica. Imagina un mundo donde los colores no son simples matices, sino una danza encantada de luz a escala nanométrica. ¡Bienvenido al asombroso mundo de los puntos cuánticos o quantum dots (QDs) en inglés!
Tal es la importancia actual de estos compuestos, que Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus y Alexei I. Ekimov, han sido galardonados con el Nobel de Química 2023 por el descubrimiento y la síntesis de puntos cuánticos [1]. En la década de 1980, el físico ruso Alexei I. Ekimov, se convirtió en el pionero al descubrir los puntos cuánticos en cristales. Años después, el químico estadounidense Louis E. Brus, logró demostrar que las partículas que flotaban libremente en un líquido presentaban efectos cuánticos y variaban según su tamaño. Y fue en 1993 que el químico francés Moungi Bawendi revolucionó la producción química de puntos cuánticos, creando partículas casi perfectas. Así que no es de sorprender que este estudio se haya colado entre los premios más reconocidos de la ciencia puesto que es una tecnología revolucionaria, que está avanzando rápidamente.
Su historia se remonta a las primeras investigaciones sobre propiedades cuánticas de los materiales en la década de 1980, cuando los científicos comenzaron a explorar cómo los electrones se comportaban en estructuras nanométricas. Pero es en el siglo XXI cuando se incrementa el avance tecnológico, convirtiendo a los puntos cuánticos se convirtieren en protagonistas.
Los puntos cuánticos son partículas semiconductoras muy pequeñas, del orden de 2 a 10 nm. También se les denomina “átomos artificiales” debido a su singular capacidad para ajustar su tamaño y composición, lo que permite obtener propiedades ópticas específicas. Están compuestos por un núcleo de material inorgánico, el cual puede ser recubierto y modificado según el proceso de síntesis y la aplicación prevista. Cuando se busca lograr una eficiencia cuántica elevada, es habitual envolver el núcleo/core con un material de banda prohibida más amplia (corteza/shell) con el propósito de disminuir la interacción entre el excitón y la superficie de la nanopartícula, mejorando así la eficiencia cuántica.
Cuando se trata de materia de un tamaño tan reducido, esta se rige por las teorías cuánticas (nunca mejor dicho) y esto permite el confinamiento de los electrones, es decir, están restringidos a moverse en una región muy pequeña. Los QDs tienen niveles de energía discretos, lo que implica que existe una separación pequeña y finita entre los niveles de energía. Cuando se excitan (absorbiendo energía), el electrón del punto cuántico salta a niveles de energía más altos. En el momento que el electrón excitado regresa a un nivel de energía más bajo, el punto cuántico emite un fotón de la misma energía que absorbió originalmente.
El color de la luz emitida depende de la energía que separa las bandas (bandgap) y varía de un punto cuántico a otro según su tamaño [2]. Un punto cuántico pequeño tiene un bandgap más grande, por lo que necesita más energía para excitar su electrón. Como la frecuencia de la luz emitida es proporcional a la energía, los puntos cuánticos pequeños emiten radiación de mayor energía o frecuencia, es decir, longitudes de onda más cortas. Al contrario, a medida que aumenta el tamaño de los puntos cuánticos, la partícula emitirá fotones con menor energía, lo que nos permite navegar por el extenso espectro electromagnético.
¡Al grano! Los puntos cuánticos pueden absorber luz de un continuo de energías, pero debido a su reducido tamaño emiten a energías discretas, es decir, muy concretas.
Seguramente, una de las aplicaciones más conocidas es en las televisiones, las denominadas QLED, pero esto no se queda solo ahí. La nanotecnología se ha convertido en una parte esencial en diversos campos de la ciencia, debido a sus excepcionales propiedades ópticas. Los podemos encontrar en celdas solares (tema bastante atractivo actualmente), sensores, biomedicina, fotocatálisis, generación de hidrogeno, etc.
En las técnicas de imagen, los puntos cuánticos han transformado la calidad de las pantallas, especialmente con la tecnología QLED. Al integrar puntos cuánticos en televisores y monitores, se logra una reproducción de colores más precisa y vibrante, mejorando significativamente la experiencia visual.
En el ámbito médico, los QDs han encontrado aplicación en la detección temprana de enfermedades. Diseñados para unirse a biomoléculas específicas, permiten una visualización de células y tejidos, facilitando diagnósticos más precisos. Debido a su núcleo inorgánico y su superficie modificable (tipo core-shell), para otorgarle una biocompatibilidad, los convierte en sondas de imagen excelentes a largo plazo.
Además, la investigación se ha centrado en utilizar puntos cuánticos en células solares para mejorar la eficiencia de la conversión de energía solar en electricidad, lo que podría tener implicaciones importantes para la energía sostenible.
En conclusión, los puntos cuánticos no son simplemente partículas diminutas; son joyas tecnológicas que han transformado la manera en que interactuamos con el mundo que nos rodea. Con cada avance, nos acercamos a un futuro donde la luz, manipulada a nivel cuántico, sigue iluminando nuevos caminos hacia descubrimientos asombrosos.
Referencias:
[1] The Nobel Prize in Chemistry 2023. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2023. Wed. 18 Oct 2023. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2023/summary/
[2] Suresh C. Ameta. (2023). Introduction in Quantum Dots: Fundamentals, Synthesis and Applications. Elsevier, 1-13.
Estructura de un punto cuántico tipo "Core Shell"
Sobre l'autora
Sobre l'autora
Carolina Fernández-Saiz.
Graduada en Química por la Universitat Jaume I y actual investigadora predoctoral del grupo de Crecimiento Cristalino (especializada en óxidos avanzados) del Departamento de Física Aplicada y Electromagnetismo de la Universidad de Valencia.
Page updated
Google Sites
Report abuse