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Moungi G.
Bawendi |
Louis E. Brus |
Aleksey Yekimov |
Moungi G. Bawendi
(1961). USA
Louis E. Brus
(1943). USA
Aleksey Yekimov (1945). USA
"Por
el descubrimiento y desarrollo de los puntos cuánticos,
diminutas partículas con propiedades unicas, usadas en
las pantallas de televisión y las lámparas LED, como
catalizadores en las reacciones químicas y detectores
tumorales".
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El tamaño importa. En el nanomundo, las cosas realmente se
comportan de manera diferente. Cuando el tamaño de la
materia se mide en millonésimas de milímetro, comienzan a
ocurrir fenómenos extraños, efectos cuánticos, que
desafían nuestra intuición. Los Premios Nobel de Química
2023 han sido pioneros en la exploración del nanomundo. A
principios de la década de 1980, Louis Brus y
Aleksey Yekimov lograron crear, independientemente
el uno del otro, puntos cuánticos: nanopartículas tan
pequeñas que los efectos cuánticos determinan sus
características. En 1993, Moungi Bawendi
revolucionó los métodos de fabricación de puntos
cuánticos, lo que hace que su calidad sea
extremadamente alta, un requisito fundamental para su uso.
La humanidad ya puede utilizar algunas de las propiedades
peculiares del nanomundo. Los puntos cuánticos se
encuentran en productos comerciales y se utilizan en
muchas disciplinas científicas, desde la física y la
química hasta la medicina. |
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Durante décadas, los fenómenos cuánticos en el nanomundo
fueron solo una predicción. En 1937, el físico Herbert
Fröhlich ya había predicho que las nanopartículas no se
comportarían como otras partículas. La famosa ecuación de
Schrödinger muestra que cuando las partículas se
vuelven extremadamente pequeñas, hay menos espacio para
los electrones del material, dando lugar a cambios
drásticos en las propiedades del material. Los
investigadores, utilizando herramientas matemáticas,
lograron predecir numerosos efectos cuánticos dependientes
del tamaño, pero la dificultad estaba en obtener
estructuras un millón de veces más pequeñas que la
cabeza de un alfiler que demostraran las predicciones.
En la década de 1970, los investigadores lograron crear
una nanoestructura de este tipo: una capa nanodelgada de
material de recubrimiento sobre un material de soporte.
Las propiedades ópticas del recubrimiento variaban según
lo delgado que fuera, una observación que coincidía con
las predicciones de la mecánica cuántica. El problema era
que se requería producir un ultra alto vacío y
trabajar a temperaturas cercanas al cero absoluto, lo que
alejaba el descubrimiento de una posible aplicación, pero,
inesperadamente, la solución vino de un procedimiento
ancestral: el coloreado del vidrio.
Se sabía que una sola sustancia podía dar como resultado
un vidrio de color completamente diferente. Por ejemplo,
una mezcla de seleniuro de cadmio y sulfuro de cadmio
podía hacer que el vidrio se volviera amarillo o rojo,
dependiendo de cuánto se calentaba el vidrio fundido y
cómo se enfriaba.
El hecho de que una sola sustancia pudiera dar lugar a un
vidrio de diferente color interesó a Aleksey Yekimov,
¿cómo podría una sola sustancia dar vidrio de diferentes
colores?
Después de algunos experimentos iniciales, decidió
producir sistemáticamente vidrio teñido con cloruro de
cobre. Calentó el vidrio fundido a temperaturas entre 500
°C y 700 °C, variando el tiempo de calentamiento de 1 hora
a 96 horas. Una vez que el vidrio se enfrió y endureció,
lo radiografió comprobando que se habían formado pequeños
cristales de cloruro de cobre dentro del vidrio y que el
proceso de fabricación afectaba el tamaño de estas
partículas. En algunas de las muestras eran solo de unos
dos nanómetros, en otras eran de hasta 30 nanómetros.La
absorción de luz se veía afectada por el tamaño de
las partículas.
Yekimov conocía bien las leyes de la mecánica cuántica y
rápidamente se dio cuenta de que había observado un efecto
cuántico dependiente del tamaño. Fue la primera vez
que se habían producido deliberadamente puntos cuánticos.
Yekimov publicó su descubrimiento en una revista
científica soviética en 1981 , pero el Telón de Acero
dificultó su conocimiento. De ahí que Louis Brus,
desconociera el trabajo de Aleksey Yekimov cuando, en
1983, descubrió efectos cuánticos dependientes del tamaño
en partículas que flotan libremente en una solución |
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¿Tiene esto
tanta importancia?...
Las propiedades ópticas de una sustancia se deben a su
estructura electrónica. Los mismos electrones son también
los responsables de otras propiedades de la sustancia,
como su capacidad para catalizar reacciones químicas o
conducir electricidad. Así que si se detecta un cambio en
la absorción, podemos estar creando un material
completamente nuevo. Al parecer, las propiedades de un
elemento no solo se ven afectadas por el número de capas
de electrones y la cantidad de electrones que hay en la
capa exterior, sino que, a nivel nanométrico, el tamaño
también importa. |
El tercero de los premiados, Moungi Bawendi
revolucionó la producción de puntos cuánticos El
mayor avance se produjo en 1993, cuando inyectó las
sustancias que formarían nanocristales en un disolvente
calentado y cuidadosamente elegido, luego, variando la
temperatura de la solución, Moungi Bawendi y su grupo de
investigación lograron cultivar nanocristales de un tamaño
específico. Los nanocristales producidos eran casi
perfectos, además el método era sencillo, así que cada vez
más químicos comenzaron a trabajar con nanotecnología y
comenzaron a investigar las propiedades de los puntos
cuánticos |
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Treinta años
después, los puntos cuánticos son una parte importante
herramienta nanotecnologica y se usan en en
productos comerciales. Si los puntos cuánticos se iluminan
con luz azul, absorben la luz y emiten un color diferente.
La modificación del tamaño de las partículas permite
determinar exactamente qué color. Las propiedades
luminosas de los puntos cuánticos se utilizan en pantallas
de ordenador y televisión basadas en la tecnología QLED.
También se utilizan en algunas lámparas LED que pueden
cambiar de color y la luz de los puntos cuánticos es
utilizada en bioquímica y medicina. Los bioquímicos los
introducen en biomoléculas para mapear células y órganos y
los médicos han comenzado a investigar el uso potencial de
puntos cuánticos para detectar tejidos tumorales. Los
químicos, en cambio, los utilizan como catalizadores. Por
lo tanto, los puntos cuánticos están aportando un gran
beneficio a la humanidad.
Los
investigadores creen que en el futuro los puntos cuánticos
pueden contribuir a crear pantallas flexibles, sensores
minúsculos, células solares más delgadas y, tal vez, a la
comunicación cuántica encriptada.
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