Estaba frente al televisor cuando recibí la noticia sobre la concesión del Premio Nobel de Química 2023. Inicialmente no me percaté, pero minutos después comprendí que las imágenes que estaba viendo eran posibles gracias al trabajo de los galardonados. Moungi Bawendi, Luis Brus y Alexei Ekimov fueron premiados por el descubrimiento y desarrollo de los puntos cuánticos (quantum dots), diminutas partículas cuyos brillantes colores constituyen la imagen de los televisores con tecnología QLED.
La historia de los puntos cuánticos se remonta a 1937, cuando el físico Herbert Fröhlich predijo que las nanopartículas tendrían un comportamiento distinto y provocarían cambios significativos en las propiedades de los materiales. A partir de esta idea, diversos investigadores, usando herramientas matemáticas, lograron predecir variados efectos cuánticos relacionados con el tamaño. Sin embargo, predecir estas propiedades es una cosa y crear partículas un millón de veces más pequeñas que la cabeza de un alfiler es otra. Fue en los años 80 cuando Louis Brus y Alexei Ekimov consiguieron, de forma independiente, crear puntos cuánticos. A pesar de ello, los métodos de fabricación inicialmente utilizados generaban puntos cuánticos con defectos y variabilidad en el tamaño. El cambio llegó en 1993 con Moungi Bawendi, quien mejoró significativamente los métodos de producción, alcanzando una calidad excepcional, esencial para su uso en nanotecnología.

Desde entonces, el progreso ha sido constante. Emilio Palomares, director del Instituto Catalán de Investigaciones Químicas y nuestro entrevistado de hoy en Hablando con Científicos, comenta que, aunque una de las principales aplicaciones de los puntos cuánticos está en la industria de las pantallas, su potencial va mucho más allá.

Actualmente, las células fotovoltaicas que cada vez más adornan nuestros tejados, recogen la energía solar en su espectro visible y la convierten en electricidad. La conversión, explica Emilio, se produce cuando un fotón de la luz incidente choca con el material de la placa y libera un electrón. Esos electrones liberados son los componentes de la corriente eléctrica. No obstante, se están probando otras posibilidades que pueden tener un papel fundamental en las placas fotovoltaicas del futuro gracias al uso de los puntos cuánticos. Una de ellas consiste en generar más de un electrón por cada fotón incidente, eso permitiría una mayor generación de corriente aumentando la eficiencia de las placas por encima del 33%, límite teórico hasta ahora.

Adicionalmente, los puntos cuánticos pueden contribuir a la creación de placas fotovoltaicas transparentes. Además de la luz visible, la radiación solar contiene emisiones que el infrarrojo y en el ultravioleta, es decir, en frecuencias electromagnéticas que nuestros ojos no son capaces de captar. Comenta Emilio durante la entrevista que se pueden diseñar puntos cuánticos que reaccionen a las ondas infrarrojas, con ellos se pueden fabricar placas solares transparentes. Dado que la radiación infrarroja es la que emiten los cuerpos calientes, se podrán crear placas transparentes que, sustituyendo a los vidrios de las ventanas, permitan el paso de la luz y generar electricidad, evitando, además, el calentamiento excesivo de las viviendas por la radiación solar.

Además de sus aplicaciones tecnológicas, los puntos cuánticos son prometedores en la biomedicina, ofreciendo ventajas sobre los tintes orgánicos tradicionales y sirviendo como marcadores fluorescentes en medicina para rastrear y diagnosticar enfermedades.

Para concluir, los puntos cuánticos son un avance emocionante en nanotecnología. Si bien ya tienen un lugar en la industria de la visualización, su potencial abarca mucho más, prometiendo transformaciones en distintas áreas de la ciencia y tecnología.

Os invito a escuchar a Emilio Palomares, Profesor de investigación ICREA y director del Instituto Catalán de Investigaciones Químicas (ICIQ).