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ESPECIAL

Pereira, Colombia - Edición:13.141-721

Fecha: Jueves-05-10-2023

El Nobel de Química de 2023 premia a los tres pioneros de los puntos cuánticos

La luz y los colores que emiten las pantallas que nos rodean en el día a día, las de los televisores, computadores y quizás desde la que se está leyendo este artículo, son posibles gracias a los puntos cuánticos, unos diminutos cristales cuyas propiedades desafían cualquier tipo de intuición.

Son tan ínfimamente pequeños, de millonésimas partes de un milímetro, que obedecen a leyes distintas a las que conocemos: en cambio, se rigen a través de las leyes de la cuántica, en un ejemplo de que, a esa escala, la física y la química van de la mano. Un punto cuántico de un material puede llegar a cambiar de color simplemente cuando alteramos su tamaño, sin nunca dejar de ser ese mismo material.

Los trabajos de Alexei I. Ekimov a inicios de la década de 1980, de Louis E. Brus unos años después y de Moungi G. Bawendi en 1993 permitieron que, a día de hoy, podamos producir y manipular estas nanopartículas gobernadas por efectos cuánticos y aprovechar sus propiedades semiconductoras para muchos aparatos electrónicos de nuestra vida cotidiana.

“Los puntos cuánticos tienen propiedades fascinantes e inusuales, Particularmente, tienen diferentes colores según su tamaño”, resaltó Johan Åqvist, presidente del comité del Nobel de Química. Los puntos cuánticos son los responsables de que hoy tengamos luces LED de colores, por ejemplo.

“Me siento sorprendido, con sueño, en shock, y muy honrado”, fueron las primeras reacciones de Moungi G. Bawendi al recibir la llamada de Estocolmo. El químico franco-tunecino y estadounidense ahora da clases en el Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Alexei I. Ekimov, que nació en la entonces Unión Soviética, vive en Estados Unidos desde hace décadas, y recibió la noticia del Premio Nobel con el cambio horario. En la entrevista telefónica con el comité, le preguntaron qué fue lo primero que hizo después de que le hubieran comunicado sobre el premio. “¡Despiértame!”, fue su respuesta. Más adelante, el científico de 78 años le comentó a Reuters que estaba maravillado con los avances tecnológicos que habían permitido los puntos cuánticos, particularmente las pantallas planas. “¡Recuerde cómo eran los televisores en ese entonces!”, comentó entre risas.

“Este es un esfuerzo colaborativo”, reconoció el estadounidense Louis E. Brus, que recordó que son muchos los científicos

que han contribuido al desarrollo de los puntos cuánticos para nuevas tecnologías. Agregó que para él, el premio significaba “un gran honor, un reconocimiento” al trabajo de su vida. Brus, estadounidense, realizó sus primeros experimentos en el tema cuando trabajaba en los laboratorios AT&T Bell y hoy en día es profesor emérito en Columbia University en New York.

A escala cuántica, la materia sigue sus propias reglas

Mira una prenda de ropa que lleves puesta. Ahora, imagina que, simplemente al cortarle un pedazo, cambia de color. Eso es lo que sucede con los puntos cuánticos a una escala mucho más pequeña. Para comprenderlo, podemos pensar en que el tamaño de un punto cuántico respecto a un balón de fútbol es el mismo que el tamaño de un balón de fútbol respecto al planeta Tierra.

¿Cómo sucede la magia? En espacios tan reducidos, los electrones que gravitan alrededor del núcleo de un átomo (la parte más pequeña de la materia que mantiene propiedades de un elemento químico), cambian sus propiedades. Entre más pequeño sea, menos espacio tienen los electrones para moverse y su longitud de onda es más corta. Eso provoca que la luz que emite sea más fría, por ejemplo azul. Entre más grande sea, sucederá lo contrario: emitirá luz más cálida, de colores rojos.

Esto, que ahora podemos explicar con certeza, fue un conocimiento exclusivamente teórico durante muchos años. Pasar de la teoría a la práctica se consideró casi imposible, debido a las múltiples dificultades técnicas de esculpir partículas en nanodimensiones.

Sin embargo, Ekimov y Brus lo lograron, casi de casualidad, mientras realizaban investigaciones con cristales con otros objetivos. A partir de ahí, el mundo de la química cuántica se abrió de par en par.

El camino a la revolución de las nanopartículas

Ekimov fue el primero. En 1981, en su laboratorio, estaba intrigado por el hecho de que una sola sustancia, el mismo material, pudiera resultar en vidrios de distintos colores. A partir de esa intriga, consiguió probar que unas nanopartículas de cloruro de cobre daban un tono distinto al cristal según su tamaño. Los puntos cuánticos acababan de ser demostrados a través de un experimento.

En paralelo, Louis E. Brus llegó a las mismas conclusiones. En un inicio, su equipo buscaba la forma de crear reacciones químicas utilizando energía solar, así que trabajaban con partículas muy pequeñas que podían captar la luz. En 1983, observó que, aunque todas las partículas fueran de la misma materia, su color variaba según su tamaño: era un efecto cuántico.

Durante unos años, Brus, que trabajaba en Estados Unidos, nunca supo del hallazgo de Ekimov. Los estudios del soviético no lograron cruzar el telón de acero que separaba ambos mundos durante la Guerra

Fría.

La barrera más difícil -demostrar la existencia de los puntos cuánticos- ya había sido superada. Sin embargo, producirlos era sumamente complejo y no era posible controlar su tamaño, su color y sus propiedades.

Es por eso que los trabajos de Bawendi una década después se consideraron una revolución: encontró la manera de manufacturar estos puntos de forma precisa para controlar así las propiedades de los nanocristales. Su técnica, barata y fácil de replicar en otros laboratorios, permitió que muchas más personas se sumaran a la investigación de los puntos cuánticos y desarrollaran las aplicaciones tecnológicas y comerciales que conocemos hoy en día.

Al recibir el premio, los científicos insistieron en que este caso apoya la importancia de invertir en investigaciones de física o química, ya que sin estas no sería posible tener todas las aplicaciones prácticas de las que disfrutamos hoy en día.

“La motivación real es la ciencia básica. Una comprensión básica, la curiosidad del '¿y esto cómo funciona?' Eso es lo que mueve a los científicos y a los científicos en la academia a hacer lo que hacen”, dijo Bawendi en la entrevista con el comité del Premio Nobel.

“Apenas hemos empezado a explorar el potencial” de los puntos cuánticos

El comité de química del Premio Nobel consideró que los puntos cuánticos ya le han aportado “grandes beneficios a la humanidad”, pero que mantienen un gran potencial para la innovación.

En medicina, la luz de los puntos cuánticos puede indicar a un cirujano si está tocando el tejido de un tumor o no, creando un mapa del tejido biológico. De cara al futuro, los investigadores creen que podrán ser utilizados para crear sensores o células fotovoltaicas más pequeños, o aparatos electrónicos flexibles.

Los puntos cuánticos son “materiales que no existen en la naturaleza y en los que nosotros diseñamos las propiedades”, explicó Iván Morá Seró, catedrático de física aplicada a través de Science Media Centre España. “Son materiales hechos a medida”, agregó, por lo que estos particulares semiconductores emisores de luz podrán tener aplicaciones en diversos campos de la ciencia.

La Real Academia de las Ciencias premió a los tres científicos que “plantaron una importante semilla” para la nanotecnología, una rama de la ciencia en la que aún queda mucho por explorar.

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