Por Sandra Ramirez Rave, Departamento de Química Inorgánica y Nuclear, Facultad de Química, UNAM
Imagina que reduces una pelota de futbol al tamaño de un grano de arena; un punto cuántico sería como una mota de polvo sobre ese grano.
Pero, ¿qué es un punto cuántico?. Son materiales que miden entre 2 y 10 nanómetros (millonésimas de milímetro) y exhiben propiedades ópticas y electrónicas únicas precisamente por su pequeñísimo tamaño.
Hace décadas que los científicos comenzaron a estudiar cómo reducir el tamaño de los semiconductores hasta escalas increíblemente pequeñas, dando origen a los llamados puntos cuánticos o "átomos artificiales".
Hoy en día, es posible controlar con gran precisión su capacidad para emitir luz, logrando colores puros y una alta eficiencia, especialmente en puntos cuánticos con estructura de núcleo y cubierta. Gracias a estas características, se han convertido en componentes clave para diversas tecnologías, muchas de las cuales ya usamos a diario. Un ejemplo claro son las pantallas de televisores, smartphones y tablets, donde estos nanocristales permiten imágenes más brillantes y colores más vivos. Así lo explica la Profesora Mônica Alonso Cotta, investigadora del Instituto de Física Gleb Wataghin de la Universidad de Campinas (Brasil), en su artículo de revisión "Quantum dots and their applications: What lies ahead?" ("Puntos cuánticos y sus aplicaciones: ¿qué nos depara el futuro?"), publicado en la revista ACS Applied Nanomaterials.
Durante mucho tiempo, los científicos pensaron que un material se comportaba siempre igual, sin importar su tamaño. Era como creer que una gota de agua y un océano funcionaban exactamente igual. ¡Pero estaban equivocados! Al estudiar los semiconductores (esos materiales que hacen posible nuestros celulares y computadoras), hicieron un descubrimiento revolucionario: cuando estos materiales se vuelven increíblemente pequeños, sus propiedades cambian por completo.
Pensemos en esto: si tomamos un bloque de silicio (el "ladrillo" básico de la electrónica) y lo dividimos en partículas tan pequeñas como un virus (alrededor de 10 nanómetros, es decir, 10 millonésimas de un milímetro), ocurre algo extraordinario. Estas partículas diminutas, llamadas puntos cuánticos, empiezan a comportarse como si fueran átomos gigantes, con propiedades que podemos "sintonizar" simplemente cambiando su tamaño.
Es como si al hacer más pequeño un piano, este cambiara mágicamente de sonido: las teclas seguirían siendo las mismas, pero las notas serían completamente diferentes. Así funcionan los puntos cuánticos: el mismo material, pero con características diferenciadas cuando es suficientemente pequeño.
Estos “átomos artificiales”, hechos de materiales semiconductores como el carbono o el sulfuro de cadmio, desafían la vieja creencia de que las propiedades de un material dependen solo de su composición química. Hoy sabemos que, su correcto diseño los convierte en piezas clave para tecnologías que van desde pantallas ultrabrillantes hasta métodos innovadores para combatir el cáncer.
El secreto está en cómo manipular su tamaño: si hacemos un punto cuántico más pequeño, emitirá luz azul; si lo hacemos un poco más grande, cambiará a verde o rojo. Este principio, similar a afinar las cuerdas de un violín para obtener notas distintas, es lo que permite crear las imágenes vibrantes de los televisores HD o las luces LED que iluminan nuestras ciudades. Pero su impacto va más allá. Científicas como la Profesora Maria Loi, de la Universidad de Groningen (Holanda), usan puntos cuánticos de sulfuro de plomo para diseñar celdas solares más eficientes que las tradicionales de silicio, un avance crucial en la carrera por energías limpias.
En medicina, estos nanocristales brillantes actúan como detectives microscópicos. El equipo de la Profesora Yanei Sheng, en China, desarrolló puntos cuánticos que detectan biomarcadores de cáncer ovárico con una precisión sin precedentes, algo que podría revolucionar el diagnóstico temprano. Y para asegurar que estas tecnologías sean seguras, investigadoras como la Profesora Funda Yagci Acar, en Turquía, trabajan en recubrir los puntos cuánticos con capas protectoras que reducen su toxicidad, haciendo posible su uso en entornos biológicos sin dañar el medioambiente.
El potencial de estos materiales es tan grande que en 2023 el Premio Nobel de Química reconoció a sus pioneros: Alexei Ekimov, Louis Brus y Moungi Bawendi. Su descubrimiento no solo reveló cómo el tamaño altera las reglas de la física en escalas diminutas, sino que sentó las bases para una nueva era tecnológica. Desde producir hidrógeno como combustible limpio hasta iluminar células cancerosas en un microscopio, los puntos cuánticos demuestran que, en ciencia, a veces lo más pequeño es lo que genera los cambios más grandes.
Editores científicos:
Dr. Iván D. Rojas-Montoya; Dra. Sandra M. Rojas-Montoya
