Gran ejemplo de cómo una idea “bizarra”, concebida por primera vez en los años 30 del siglo pasado y que durante mucho tiempo nadie creyó aplicable fuera de los laboratorios encuentra un lugar en los dispositivos que usamos diariamente, como el aparato de TV, la tecnología de “puntos cuánticos” (nanopartículas tan pequeñas que su tamaño determina sus propiedades) les valió este miércoles el Nobel de Química 2023 a los científicos que las descubrieron y las sintetizaron: el francés Moungi Bawendi, el norteamericano Louis Brus y el ruso Alexei Ekimov, todos residentes en los Estados Unidos.
Bawendi, profesor del Massachusetts Institute of Technology (MIT), en Cambridge, Boston, estaba durmiendo cuando lo sorprendió la llamada desde Estocolmo, durante el anuncio. “Estoy soñoliento, shockeado y muy honrado –contestó cuando le preguntaron cómo se sentía–. Dentro de unas horas tengo que dar clase, no sé cómo voy a hacer”.
Louis Brus es profesor de la Universidad de Columbia, en Nueva York, y Alexei Ekimov, nacido en la ex Unión Soviética, es director científico de Nanocrystals Technology Inc., Nueva York. Cada uno recibirá un tercio del premio, que este año asciende a un millón de dólares.
Este proyecto lo hacemos colectivamente. Sostené a El Destape con un click acá. Sigamos haciendo historia.
En un hecho altamente inusual, los nombres de los tres laureados se habían filtrado a la prensa sueca unas horas antes del anuncio y habían sido difundidos por Reuters y AP. Algo incómodo, Johan Åqvist, presidente del Comité Nobel, debió conceder que había sido “un error” y que estaban tratando de averiguar cómo había sucedido. También negó que Ekimov hubiera sido seleccionado como una forma de “poner el foco sobre la ciencia rusa”: “Nosotros sólo elegimos el avance más trascendente y luego a quienes lo hicieron posible. No tenemos para nada en cuenta la nacionalidad”, aclaró.
MÁS INFO
Emocionado por el hecho de que la elección recayó en su área de estudios, el nanotecnólogo argentino Galo Soler Illia, director del Instituto de Nanociencias de la Universidad Nacional de San Martín (Unsam), explica que “Los puntos cuánticos son partículas que reciben luz y que, dependiendo de su tamaño, vuelven a emitirla en diferentes colores. Ekimov y Brus se dieron cuenta de que cuando tenés un marcador fluorescente, como el resaltador, en realidad lo que está pasando es que esa tinta tiene moléculas que absorben parte de la luz y la emiten; por eso uno ve que brillan. La revolución de estos científicos fue entender que algunas sustancias pueden emitir luz cuando la reciben, y que será de distintos colores dependiendo de su tamaño”.
Los libros de química enseñan que las propiedades de un elemento se rigen por su estructura, su cantidad de electrones. Pero los tres científicos que reciben el Nobel de Química 2023 lograron producir partículas tan, tan pequeñas, que sus propiedades están determinadas por los fenómenos cuánticos que rigen en el submundo de la materia, en tamaños que se miden en nanómetros o milmillonésimas de metro. Para hacerse una idea, un pelo humano promedio tiene aproximadamente 60.000 nanómetros de espesor; los puntos cuánticos, apenas una decena.
Según el material difundido por el Comité Nobel, los físicos sabían desde los años treinta del siglo pasado que, en teoría, podían surgir efectos cuánticos dependientes del tamaño de las partículas, pero en aquel entonces se consideraba imposible traducirlos en la práctica.
Fue necesario llegar a los años setenta para que se demostrara que las propiedades ópticas de un recubrimiento variaban dependiendo de qué tan delgado fuera. Y, paradójicamente, fue gracias a estudios en un antiguo invento que ya se utilizaba en el Imperio Romano: el vidrio. Para colorearlo se le agregaban sustancias como plata, oro y cadmio, pero empezó a verse que una sola sustancia podía dar lugar a colores completamente diferentes.
A fines de esa década, Ekimov, recién doctorado, se interesó por ese misterio. A principios de los ochenta calentó el vidrio a entre 500°C y 700°C, y entre una y 96 horas, y observó que el proceso de fabricación había afectado el tamaño de las partículas de la sustancia que le había agregado. En algunas muestras, eran de sólo unos dos nanómetros; en otras, de hasta 30. Y la luz que absorbían dependía de su tamaño. Publicó su hallazgo en una revista científica soviética, pero no se conoció de este lado de la Cortina de Hierro.
Por su parte, en 1983, Louis Brus, que trabajaba en los Laboratorios Bell (en Estados Unidos), descubriría en forma independiente efectos cuánticos similares en partículas que flotan en una solución.
“En la ciencia de materiales, cada sustancia estaba asociada con una determinada propiedad y cada semiconductor tenía asociada una determinada luz –explica Soler Illia–. Para emitir en un LED, se usaba una sustancia diferente para cada color. La gran revolución fue haber encontrado que una misma sustancia con distinto tamaño de partículas tiene la propiedad de emitir luz de distintos colores cuando es iluminada. Ekimov y Brus, primero, se dan cuenta de que un vidrio emite luz de distinto color según su tamaño. Y empiezan a observar que cuando un material tiene partículas pequeñísimas, su estructura electrónica cambia en forma dramática. Muestran que las propiedades de la materia están ‘codificadas’ no solo en la estructura, sino también en el tamaño. La ‘ecuación de Brus’ se las enseñamos a los pibes en el curso de verano de nanotecnología: vincula el color que va a emitir una partícula según su tamaño. En ese momento, no existía una aplicación práctica, eran ‘engendros' de laboratorio. Pero Moungi Bawendi con brillantes discípulos, como Paul Alivisatos y Chris Murray, desarrolla técnicas para fabricarlos de manera masiva, con métodos muy sencillos y reproducibles”.
Bawendi comenzó su formación postdoctoral precisamente en el laboratorio de Brus, donde se intentaba mejorar los métodos utilizados para producir puntos cuánticos. En 1993, junto con su grupo de investigación logran cultivar nanocristales de un tamaño específico, y con una superficie lisa y uniforme. Eran casi perfectos y desataron una revolución.
Los ‘puntos cuánticos’ son cristales infinitesimales. Treinta años más tarde, se encuentran en productos comerciales. Entre ellos, los más conocidos son los que se usan en televisores y en marcadores biológicos. Se emplean, por ejemplo, para crear luz coloreada cuyo color se puede determinar con precisión modificando su tamaño. También en pantallas de computadoras y televisores, para catalizar reacciones químicas, cartografiar células y órganos, y para rastrear tejido tumoral, por ejemplo.
“En un principio, uno tiene una partícula muy chiquitita, de entre dos y ocho nanómetros –dice Soler Illia–. Lo interesante de estos cristalitos es que, a diferencia de las moléculas, cuando son excitados por luz y la vuelven a emitir, lo hacen de manera muy precisa, de un color muy puro. Además, son muy eficientes: reemiten el 99% de la luz que reciben, lo que implica un enorme ahorro de energía. Es decir, son fáciles de hacer, eficientes y chiquititos. Las primeras aplicaciones se dieron en biología. Uno les puede ‘coser’ un anticuerpo o una proteína y es como ‘atarles’ un farolito muy eficiente y muy chiquitito, y permite seguirlos para ver si entran en las células o se quedan en la superficie, por ejemplo. Hacia mitad de la década de 2010, se buscaban alternativas para hacer pantallas planas más económicas. Hicieron unas de LED de color violeta con estos puntos cuánticos adelante e hicieron que emitieran luz rojo, verde o azul según su tamaño. Basta con ponerles una luz desde atrás. De cierta forma, los puntos cuánticos permiten modificar la materia con propiedades ‘a la carta’".
“Los puntos cuánticos son uno de los sistemas más importantes en nanociencia –dijo David Sánchez, investigador del Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos (IFISC-CSIC-UIB) a SMC–. Se trata de estructuras artificiales, construidas en el laboratorio, capaces de confinar los electrones en regiones de tamaño minúsculo, miles de veces más pequeñas que el grosor de un cabello humano. (…) De ahí que a los puntos cuánticos se les denomine ‘átomos artificiales’".
Y Josep Hilari Planelles Fuster, catedrático de Química Física, Universitat Jaume I, de Castellón, España, coincidió: “La llegada de los puntos cuánticos ha creado un nuevo reino en física fundamental: el de átomos artificiales. Frente a los poco más de 100 átomos naturales, hay un número a priori infinito de estos átomos artificiales, que pueden ser fabricados a la carta, ajustando así sus propiedades, tanto en el proceso de fabricación, como mediante fuentes externas apropiadas de confinamiento. A pesar del enorme conjunto de aplicaciones de los puntos cuánticos desarrollado en las últimas décadas, es previsible que éstas solo sean una pequeña fracción de las aplicaciones que tendrán en el futuro”.
“Apenas hemos comenzado a explorar su potencial –dijo Åqvist durante el anuncio–. Los investigadores creen que en el futuro los puntos cuánticos pueden contribuir a la electrónica flexible, sensores minúsculos, células solares más delgadas y tal vez comunicación cuántica cifrada”.
Cerrar sesión