Moungi Bawendi (Instituto Tecnológico de Massachusetts), Louis Brus (Universidad de Columbia), y Alexei Ekimo (Nanocrystals Technology Inc.), fueron laureados al recibir en partes iguales el Premio Nobel de Química 2023, en reconocimiento al “descubrimiento y síntesis de puntos cuánticos”.
Desde los años 80, los científicos en diferentes instituciones y contextos geopolíticos, comenzaron a estudiar y luego producir nanopartículas tan pequeñas como un átomo, las cuales sus propiedades son regidas por fenómenos cuánticos. Se trata de los puntos cuánticos (quantum dots), nanopartículas que según su tamaño reflejan un color característico.
Tal trabajo, hoy en día “iluminan monitores de computadora y pantallas de televisión basadas en tecnología QLED. También añaden matices a la luz de algunas lámparas LED, y proporcionan una gran aplicación en bioquímica y medicina siendo útiles para mapear el tejido biológico”, dice el comunicado oficial de la Academia al nombrar a los ganadores del premio.
A nivel local, el Dr. Andrés Gualdrón y el Dr. Igor Osorio, investigadores del Instituto de Ciencias Químicas, actualmente trabajan con el legado de los laureados y en este contexto describen las implicaciones y desafíos de este campo y el valor de los Nobel de Química 2023.
“Este Premio Nobel, a diferencia de los años anteriores donde se premió el descubrimiento reciente en el área de la química, premia la trayectoria científica. Los puntos cuánticos fueron descubiertos por primera vez dentro de un vidrio con ciertas características ópticas y en soluciones coloidales, siendo tema de publicación por los científicos rusos Aleksey Ekimov y Alexander Efros a principios de los años 80s. Estos resultados experimentales fueron complementados un par de años después con nuevos resultados publicados por Louis E. Brus, quien acuño el término punto cuántico o quantum dots al fenómeno observado”, dice el Dr. Osorio.
“Los puntos cuánticos son partículas de semiconductores en escala atómica (también denominados como nanopartículas o nanocristales), en donde las propiedades ópticas, principalmente la emisión del color, dependerán del tamaño del material formado. Esta característica ha permitido el desarrollo de nuevos semiconductores promisorios con alta calidad de color, importante en la fabricación de tecnologías LCD. Esta cualidad ha permitido el avance en la fabricación de pantallas de TV, celulares y computadores con alta calidad en los colores. Adicionalmente, ha permitido el avance en la fabricación de láseres de alta intensidad y la preparación de biomarcadores potenciales para detectar células cancerígenas”, añade el Dr. Gualdrón.
En torno a cuál será el futuro de los puntos cuánticos, ambos investigadores de la UACh coinciden en que el desarrollo de las investigaciones en este campo tiene un enorme potencial futuro para la producción de combustible verde o transferencia de información a través de la luz.
“Las proyecciones son varias en diferentes áreas. Primero, existen grupos de investigación que trabajan en ver el efecto de la toxicidad de estos materiales, buscan que sean menos tóxicos, pero que mantengan la propiedad de emitir luz. Segundo, grupos de investigación trabajan con derivados de los puntos cuánticos presentados por Aleksey Ekimov, Alexander Efros y Louis E. Brus, basados en puntos cuánticos de carbono (CQDs). Estos CQDs poseen propiedades tales como buena emisión de luz, biocompatibilidad, baja toxicidad, solubilidad en agua, y propiedades ópticas modulables», comenta el Dr. Gualdrón.
Por último, otra proyección relevante es el posible uso de estos materiales en nuevas tecnologías de información como la denominada “Comunicación con Luz Visible (o VLC, acrónimo en inglés de «visible light communication«). VLC es un subconjunto de tecnologías de comunicaciones ópticas inalámbricas donde la luz se usa para transferir información. Actualmente la Red inalámbrica WIFI, usa ondas de radio para que computadores y celulares se conecten a internet, con la VLC, usted puede colocar su dispositivo bajo lámparas de interior/exterior, televisores, señales de tráfico, luminosos comerciales, faros de vehículos, etc., y conectarse a internet, por ejemplo, o a una escala mayor. «Esta tecnología se podría utilizar en la propagación de la luz en la atmósfera para transmitir información entre dos puntos, tal como lo hacen las estaciones de radio”, comenta Osorio. En este contexto, el Dr. Osorio, Dr. Gualdrón junto con el Dr. Javier Martínez, también profesor adscrito al Instituto de Ciencias Químicas, han publicado un review en la revista Photonics, destacando las bondades de estos nanomateriales para VLC.
“Considerando la gama de colores que se pueden preparar a partir de la naturaleza y tamaño de semiconductores (calcogenuros, perovskitas, entre otros sistemas), se están llevando a cabo investigaciones en donde se logra obtener dispositivos emisores de luz, con eficiencias de conversión de electricidad a iluminación cercanas al 30%. Ahora bien, dada la alta capacidad de absorción de luz solar por parte de los puntos cuánticos, se está estudiando la generación de combustible verde como lo es el hidrógeno a partir de degradar compuestos recalcitrantes/tóxicos y procesos de descarbonización, por ejemplo, reducción de CO2 a productos químicos de valor agregado. Ambas aplicaciones van en línea con la Estrategia Nacional de Hidrógeno Verde promovida por el Ministerio de Energía en Chile, y se están estudiando en el Instituto de Ciencias Químicas actualmente”, finaliza el Dr. Gualdrón.
