El televisor QLED que hay en muchos salones no habría existido sin Alexei Ekimov, Louis Brus y Moungi Bawendi. Este año recibirán el Premio Nobel de Química por descubrir y desarrollar puntos cuánticos. Se trata de partículas tan pequeñas que su tamaño determina sus propiedades. Actualmente se utilizan principalmente para manipular la luz: cuanto más pequeña es la nanopartícula, más azul es la luz. En las pantallas QLED proporcionan una reproducción de color muy intensa. También se utilizan en iluminación LED, en paneles solares y como biomarcadores.
Es bueno que los tres investigadores trabajen en instituciones estadounidenses y que todavía era prácticamente de noche cuando llegó el aviso oficial del Comité Nobel de que recibirían el premio. De este lado del océano, sus nombres circulaban desde hacía varias horas, después de que el comunicado de prensa sobre el anuncio llegara accidentalmente a los medios suecos a las siete y media de la mañana.
“Muy desafortunado”, dijo el secretario general de la Real Academia Sueca de Ciencias, Hans Ellegren, sobre la filtración de los nombres. El estricto secreto hasta la conferencia de prensa que comienza a las doce menos cuarto en Estocolmo es una parte importante del circo del Nobel. Nunca antes habían ocurrido fugas. “No sabemos por qué se envió ese correo electrónico, pero no influyó en la concesión del premio. Ese proceso lleva mucho tiempo”.
Los puntos cuánticos son uno de los descubrimientos más importantes en el campo de la nanotecnología. Están fabricados de materiales semiconductores, como el silicio o el sulfuro de cadmio. Los semiconductores contienen bandas de energía entre las cuales pueden moverse los electrones. Cuando un fotón, una partícula ligera, choca contra el material semiconductor, un electrón salta a una banda de energía superior. Cuando un electrón vuelve a caer a la banda inferior, se libera un fotón que anula la diferencia de energía. La distancia entre las dos bandas de energía, la llamada banda prohibidadetermina el color de la luz emitida.
El quid de los puntos cuánticos es su tamaño banda prohibida puede verse influido haciendo las nanopartículas más grandes o más pequeñas. Los puntos cuánticos más pequeños tienen uno más grande banda prohibida, y por tanto emiten luz azul (luz de longitudes de onda cortas, que contiene mucha energía). Los puntos cuánticos más grandes tienen otros más pequeños bandas prohibidas y por tanto emiten longitudes de onda más largas, o luz roja. Se trata de cristales “grandes” y “pequeños” a nivel nano, cristales con un diámetro de entre 2 y 10 nanómetros (es decir, entre cien y decenas de miles de átomos, un nanómetro es una milmillonésima parte de un metro).
Los teóricos ya decían en los años 30 que este efecto cuántico existía, pero todavía era difícil demostrarlo. Ekimov, que inicialmente trabajó en San Petersburgo, fue uno de los primeros en demostrar el efecto en vidrio coloreado. El vidrio estaba coloreado con cloruro de cobre y el color variaba dependiendo de cuánto tiempo y a qué temperatura se calentaba. Esto resultó ser porque el calentamiento influyó en la formación de cristales del cloruro de cobre. Ekimov publicó sobre esto en 1981, pero en ruso, por lo que la investigación no se difundió inmediatamente por todo el mundo.
Citado diez millones de veces.
Mientras tanto, Brus trabajó en los Laboratorios Bell en los EE. UU., donde realizó investigaciones sobre el uso de la energía solar para impulsar reacciones químicas de pequeñas partículas de sulfuro de cadmio en una solución. Notó que las propiedades ópticas de las partículas cambiaban después de dejarlas durante un día y sospechó que las partículas más viejas habían formado cristales nuevos y más grandes. También se dio cuenta de que el cambio de color se debía a un efecto cuántico relacionado con el tamaño. Esto fue en 1983.
Durante diez años siguió siendo difícil fabricar las partículas y fue especialmente difícil controlar el inicio del crecimiento de los cristales. Bawendi, que trabajó como postdoctorado con Brus en los Laboratorios Bell, logró realizarlos de forma controlada en 1993, cuando ya estaba en el MIT. De repente, fue fácil controlar exactamente el tamaño de las partículas. De este modo hizo posible la producción a gran escala de puntos cuánticos.
“Esperábamos desde hacía mucho tiempo que el premio fuera otorgado a esto”, dijo Andries Meijerink, profesor de química de estado sólido en la Universidad de Utrecht, en respuesta al anuncio. “Las nanociencias son muy populares, hoy en día todo es nano. Pero gran parte de la nanociencia gira en torno a la creación de grandes superficies. Por supuesto, esto es inteligente, pero también bastante trivial. Este es realmente el pináculo de la nanociencia. Aquí controlan las propiedades físicas de las partículas variando las dimensiones en la nanoescala”.
“Creo que Bawendi en particular ha sido citado diez millones de veces. Y luego exagero un poco”, afirma Willem Vos, profesor de sistemas fotónicos complejos en la Universidad de Twente. “Gracias a él, la síntesis de las partículas se ha vuelto mucho más fácil. Como resultado, la investigación se ha disparado desde finales de los años 1990. Poco después, también irrumpió en mi laboratorio”.
Según Vos y Meijerink, se trata de una ciencia fundamental innovadora que realmente ha logrado algo en la sociedad. Además de las pantallas y la iluminación, Vos también menciona las aplicaciones en biología como una de las áreas importantes de atención. Se refiere a puntos cuánticos que están conectados a proteínas y pueden visualizar patógenos o procesos en el cuerpo. “Ahora se utilizan a menudo materiales orgánicos para esto, pero no son muy estables. Los puntos cuánticos son más robustos. Hay que embalarlos bien, los materiales no son tan sanos. Preferirías puntos cuánticos no tóxicos, ahora se está trabajando mucho en eso”.
Una versión de este artículo también apareció en el periódico del 5 de octubre de 2023.