Si se habla de avances tecnológicos, donde suceden casi de forma diaria, hay innovaciones que ponen a prueba el conocimiento y que, aunque parezca extraño, se esconden bajo el microscópico. 

Los puntos cuánticos son uno de esos ejemplos que, a pesar de su tamaño diminuto, están revolucionando una amplia variedad de campos, desde la electrónica hasta la medicina.

En este artículo, te adentrarás en el complejo mundo de los puntos cuánticos, explicando en qué consiste y explorando sus grandes aplicaciones que están transformando la sociedad.

Los puntos cuánticos, aunque diminutos, poseen un atributo extraordinario que los hace únicos: su respuesta a la luz, pero es mejor ir por partes, ir poco a poco y revelar realmente qué son de una forma sencilla y accesible para todos, algo que normalmente no es tan simple de encontrar.

• ¿Qué son los puntos cuánticos?
• Puntos cuánticos y las pantallas: toda una revolución
• Un sinfín de aplicaciones: desde la energía hasta la medicina
• Han sido reconocidos con el premio Nobel de Química 2023

¿Qué son los puntos cuánticos?

Los puntos cuánticos, a menudo llamados "nanocristales semiconductores" o incluso "átomos artificiales", son diminutas partículas, a menudo de unos pocos nanometros —milmillonésimas de metro— que, a pesar de su tamaño microscópico, tienen un enorme impacto en la actualidad.

Tienen propiedades especiales gracias a la mecánica cuántica, que, en pocas palabras, es una rama de la física que se aplica a las partículas a una escala muy pequeña, como los átomos y las partículas subatómicas.

Estos puntos cuánticos son, en esencia, semiconductores, lo que significa que pueden conducir la electricidad en ciertas condiciones. Lo que los hace interesantes es cómo responden a la luz. Cuando los iluminas con luz, los puntos cuánticos la absorben y luego la reemiten, pero lo hacen de una manera muy particular.

La emisión de luz de los puntos cuánticos está directamente relacionada con su tamaño. Es decir, si tienes puntos cuánticos más grandes, emitirán luz con una longitud de onda más larga, que en términos prácticos se percibe como un color más rojo. Por otro lado, los puntos cuánticos más pequeños emitirán luz con una longitud de onda más corta, lo que se traduce en colores más azules.

Este fenómeno se llama "efecto cuántico de confinamiento" y es una característica clave de los puntos cuánticos. La capacidad de controlar el tamaño de los puntos cuánticos y, por lo tanto, la longitud de onda de la luz que emiten, es lo que los hace valiosos en aplicaciones como las pantallas de alta definición.

Puntos cuánticos y pantallas: toda una revolución

Una de las aplicaciones más importantes de los puntos cuánticos se encuentra en la tecnología de las pantallas, donde han revolucionado su calidad por completo. 

En las pantallas de puntos cuánticos, QLED, los nanocristales se utilizan para generar colores más brillantes y precisos. En comparación con las tecnologías tradicionales, como los diodos emisores de luz (LED) orgánicos, los puntos cuánticos ofrecen una gama de colores más amplia y una eficiencia energética superior.

El funcionamiento es sencillo pero muy llamativo. Como antes se ha comentado, cuando se iluminan con una fuente de luz, los puntos cuánticos emiten colores específicos dependiendo de su tamaño. 

Esto significa que, ajustando el tamaño de los puntos cuánticos en una pantalla, se puede lograr una reproducción de colores mejorada. Esto ha mejorado la calidad de las pantallas de las televisiones, monitores de ordenador y móviles, creando una experiencia visual a otro nivel.

Un sinfín de aplicaciones: desde la energía hasta la medicina

Si bien las pantallas de puntos cuánticos son una de las aplicaciones más relevantes, su impacto va mucho más allá del entretenimiento y sus mejoras a nivel visual. 

En medicina, estos se utilizan en técnicas de imagen médica, como la resonancia magnética y la tomografía computarizada, para mejorar la calidad de las imágenes. Debido a su capacidad para emitir luz de colores específicos, se pueden diseñar agentes de contraste que contienen puntos cuánticos. 

Estos agentes se pueden dirigir a áreas específicas del cuerpo y, cuando se iluminan con luz adecuada, emiten señales que mejoran la visibilidad de estructuras internas en las imágenes médicas. Esto permite un diagnóstico más preciso y una monitorización más efectiva de condiciones médicas.

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También se utilizan en técnicas de detección y diagnóstico, como la detección de biomarcadores o la identificación de enfermedades, ya que pueden unirse a moléculas específicas en muestras biológicas, como sangre o tejido, y emitir luz cuando se unen. 

Esto permite a los médicos detectar la presencia de biomarcadores o la actividad de ciertas proteínas, lo que es crucial para el diagnóstico temprano de enfermedades como el cáncer.

En el campo de la energía, los puntos cuánticos tienen el potencial de revolucionar la eficiencia de los paneles solares. Al recubrirlos con puntos cuánticos, es posible capturar luz solar en un rango más amplio de longitudes de onda, lo que hace esa conversión de energía sola en electricidad más eficiente.

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Han sido reconocidos con el premio Nobel de Química 2023

Este año, los científicos Moungi Bawendi, Louis Brus y Alexei Ekimov se alzaron con el prestigioso Premio Nobel de Química 2023 en reconocimiento a sus notables contribuciones en este campo. 

El camino hacia la comprensión y explotación de los puntos cuánticos ha sido un viaje con altos y bajos. Aunque los físicos tenían teorías sobre los efectos de las nanopartículas según su tamaño, pocos podían imaginar la magnitud de su impacto en la práctica. 

En 1937, Herbert Fröhlich predijo que las nanopartículas tendrían comportamientos distintos según su tamaño y forma, basándose en la famosa Ecuación de Schrödinger. Sin embargo, llevar estas ideas a la práctica resultó todo un desafío, ya que requería crear estructuras mucho más pequeñas que un alfiler. 

Fue en 1981 cuando Alexei I. Ekimov observó los puntos cuánticos en cristales, y su trabajo se centró en la absorción de luz en estos nanocristales. Louis E. Brus, en la Universidad de Columbia, expandió esta investigación a partículas en líquido, descubriendo que el tamaño de las partículas afectaba la absorción de luz.

Finalmente, Moungi Bawendi, en el MIT, desarrolló métodos para producir nanocristales de alta calidad, lo que culminó en la comprensión y aplicación de los puntos cuánticos en diversas disciplinas. 

Estos avances han llevado a un merecido reconocimiento con el Premio Nobel, ya que los puntos cuánticos han agregado una tercera dimensión a la tabla periódica y han revolucionado la ciencia y la tecnología moderna.