El Premio Nobel de Química de 2023 se ha concedido este año a Moungi G. Bawendi, estadounidense, tunecino y francés, del Massachusetts Institute of Technology (MIT), Louis E. Brus, estadounidense, de la Universidad de Columbia, y Alexei I. Ekimov, ruso, de Nanocrystals Technology Inc, por “el descubrimiento y la síntesis de los puntos cuánticos”. Creo que vamos a tener que explicar lo que son los puntos cuánticos. Vamos a ello.

Imagen por Niklas Elmehed©. Tomada de la web de los Premios Nobel (www.nobelprize.org)

Los investigadores han logrado producir partículas tan pequeñas, llamadas puntos cuánticos, que sus propiedades están determinadas por su tamaño. Cuando estudiábamos química nos decían que las propiedades de un elemento dependían de los electrones que tenía. Esto es cierto, pero cuando hablamos de dimensiones nano, pequeñísimas, resulta que aparecen los efectos cuánticos.

Para hacernos una idea del tamaño, nada mejor que la ilustración de debajo. Un punto cuántico es un cristal de unos pocos miles de átomos. Su tamaño con respecto a un balón de fútbol es similar al tamaño de un balón de fútbol con la Tierra. Son de un tamaño, más o menos de unas millonésimas de milímetro.

Ilustración de ©John Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Desde hace muchísimo tiempo, tanto como 1937, los físicos ya suponían que las nanopartículas no se comportarían como el resto de las partículas, sino que sus propiedades serían muy distintas. Pero era muy difícil demostrarlo, porque había que crear partículas muy pequeñas para hacerlo. Fueron precisamente los premiados de este año los que lo lograron.

Al principio de la década de los 80, Alexei Ekimov logró crear efectos cuánticos dependientes del tamaño en vidrio coloreado. Eran nanopartículas de cloruro de cobre y Ekimov logró demostrar que el tamaño de la partícula afectaba al color del vidrio y lo hacía por efectos cuánticos.

En la figura podéis ver cómo a distinto tamaño de partícula, distinto color de emisión de luz. Esto se debe a que cuando hablamos de partículas tan pequeñas, el espacio disponible para la onda del electrón es menor. Y recordad que la longitud de onda es lo que “define el color” de la luz. Los más pequeños son azules y los mayores rojos.

Ilustración de ©John Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Unos años después, Louis Brus fue el primer científico que probó efectos cuánticos dependientes del tamaño en partículas suspendidas libremente en un líquido. Trabajaba con nanopartículas de sulfuro de cambio y observó que las partículas más grandes absorbían la luz a la misma longitud de onda que el sulfuro de cadmio “normal”, no nano, por llamarlo de alguna manera. Sin embargo, cuando las partículas eran más pequeñas, la absorción cambiaba hacia el azul.

Y en 1993 Moungi Bawendi revolucionó la producción de puntos cuánticos, logrando crear partículas de alta calidad, lo cual era clave para que se pudieran utilizar en aplicaciones diversas. Hasta entonces la producción de nanopartículas daba lugar a resultados casi al azar, logrando a veces nanocristales de buena calidad y otras de calidad mucho peor.

Y ahora, como siempre les gusta preguntar a los no investigadores. Y esto ¿para qué vale?

Pues en esta ocasión creo que la respuesta os va a sorprender. Si alguno tenéis una televisión QLED (al menos seguro que habéis visto anuncios de televisores con esta tecnología), ya tenéis puntos cuánticos en casa. Y también se añaden a algunas luces led para matizar el tono de la luz. Y alguno pensaréis, hombre, vale, está bien, pero un premio Nobel para una tecnología que vale para mi tele tenga mejor definición, como que no veo, que quizás se lo tendrían que haber dado a algo más útil para la humanidad. Los puntos cuánticos también se usan en bioquímica para hacer mapas de tejidos. Permiten obtener imágenes intracelulares, que pueden ser útiles para el diagnóstico de enfermedades. Y, aún se está en ello, pero pueden hacer que tengamos sensores diminutos, placas solares mucho más finas, y pueden ser esenciales para la comunicación cuántica encriptada, de alta seguridad.