Cómo la manera en que refleja la luz un puñado de átomos trajo televisores con mejor imagen (y un premio Nobel de Química 2023)
En los últimos ocho años han aparecido pantallas QLED que usan puntos cuánticos, un desarrollo de nanotecnología nacido hace cuarenta años, que ahora está en los televisores más modernos, y que le valió a sus descubridores el premio Nobel de Química 2023
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¿Tiene usted un televisor QLED? Pues ya dispone en su hogar al menos de un producto directísimamente relacionado con los galardonados con el Premio Nobel de Química 2023.
La Q de QLED hace referencia al término cuántico, de quantum dots. Este término identifica a las partículas, los puntos cuánticos, cuyo descubrimiento y síntesis han sido reconocidos en los galardonados de este año: Moungi G. Bawendi del Massachusetts Institute of Technology, (MIT), Louis E. Brus de la Universidad de Columbia y Alexei I. Ekimov de Nanocrystals Technology Inc.
Un punto cuántico es un cristal que suele estar formado por unos pocos miles de átomos. En términos de tamaño, tiene la misma relación con una pelota de fútbol que ésta con el tamaño de la Tierra.
En un televisor QLED, la luz azul LED original pasa por un filtro de puntos cuánticos verdes y rojos, y permite colores más brillantes y con mejor definición. En los paneles QD-OLED que están comenzando a aparecer, los puntos cuánticos reemplazan el filtro de colores que tienen todos los paneles OLED para ampliar la gama de colores que puede mostrar y mejorar todavía más el brillo
Cristales nanométricos asociados a distintos colores
Ekimov, trabajando en la Unión Soviética, y Brus, en los Estados Unidos, descubrieron en 1983 de forma independiente que las propiedades ópticas de las partículas dependen de su tamaño cuando este es del orden de nanómetros.
Estamos ante cristales de unos pocos miles de átomos y con un tamaño de entre 2 y 30 nanómetros, esto es, millonésimas de milímetro, que cubren una amplia paleta de colores, cada uno asociado a un tamaño concreto.
Bawendi resolvió diez años después cómo sintetizarlos, controlando el tamaño y, por tanto, controlando el color de la luz que emiten.
El premio Nobel Química de este año ha reconocido el valor de la nanociencia y la nanotecnología, su presencia en muchos laboratorios de todo el mundo y en cada vez más aplicaciones en la vida cotidiana.
Para qué se utilizan ya
Más allá del control de los diversos colores que posibilitan una calidad de imagen extraordinaria en pantallas, los puntos cuánticos tienen ya numerosas aplicaciones.
Hoy, se utilizan en la modulación de la intensidad de la luz fría de los diodos emisores de luz (LED) o en el marcaje de biomoléculas, cuya respuesta luminosa permite conocer y localizar tejidos tumorales. Los puntos cuánticos también son un avance para catalizar reacciones químicas.
El riesgo de la toxicidad
Inicialmente, los puntos cuánticos eran químicamente sulfuro y seleniuro de cadmio, cuyas posibilidades de aplicación en dispositivos electrónicos no se veía afectada por la toxicidad asociada a estos metales pesados.
Sin embargo, cuando se plantearon otras aplicaciones, especialmente las relacionadas con su uso en organismos vivos, ya sean en diagnósticos o en terapias, su toxicidad limitaba claramente su uso. Pero se encontró una solución.
El efecto del confinamiento cuántico determinado por el tamaño de las partículas no es exclusivo de estas sales. Así, se han desarrollado los denominados graphene quantum dots (puntos cuánticos de grafeno). Estas partículas, constituidas casi exclusivamente por carbono, pueden visualizarse como fragmentos pequeños de grafeno. Y mantienen las propiedades ópticas asociadas al tamaño nanométrico sin la toxicidad derivada de las sales de cadmio. Con este desarrollo, se abre una inmensa ventana de aplicaciones relacionadas con la salud humana.
La nanotecnología sigue avanzando y cada día se hace más real la previsión de Richard Feynman, premio Nobel de Física en 1965. Feynman vislumbró el desarrollo de la nanotecnología y de la informática cuántica en 1956, cuando en el marco de la Sociedad Americana de Física afirmó:
“Hay mucho espacio en el fondo” (“There’s plenty of room at bottom”).
Enrique Díez Barra, Química Orgánica; Antonio de la Hoz Ayuso, Catedrático de Química Orgánica; Antonio M. Rodríguez García, Química Orgánica, Universidad de Castilla-La Mancha
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