Los puntos cuánticos generalmente son nanoestructuras semiconductoras (aunque también metálicas) que confinan el movimiento a los electrones restringiendo su movimiento. El confinamiento se puede deber a potenciales electrostáticos, presencia de una interfaz entre diferentes materiales semiconductores o a la presencia de la superficie del semiconductor.
Fueron descubiertos en una matriz de vidrio y en disoluciones coloidales por los científicos rusos Alexéi Ekimov (premio Nobel de Química 2023) y Alexander Efros y luego fueron desarrollados principalmente por Louis E. Brus y Moungi G. Bawendi, que compartieron el Nobel con Ekimov.
Los materiales que se comportan como puntos cuánticos se obtienen en el laboratorio partiendo de unos pocos átomos, con técnicas que manipulan la materia a escalas de nanómetros. Con estas dimensiones el material se convierte en una matriz sobre la que se hacen crecer estructuras de unos pocos cientos o miles de átomos y que con lo que se llama puntos cuánticos.
Un punto cuántico contiene un número reducido de electrones de la banda de conducción (del orden de 1 a 100) y de huecos en la banda de valencia. Una de sus propiedades más interesantes es que al ser iluminados reemiten luz en una longitud de onda muy específica que depende del tamaño del punto cuántico (luminiscencia).
Cuando los electrones están confinados en volúmenes muy pequeños, comparables con su longitud de onda de De Broglie, se comportan como una partícula cuántica en un pozo de potencial. La partícula entonces solo puede estar en determinados estados electrones de energía característica. Cuando los electrones absorben energía puede pasar a niveles electrónicos de mayor energía. Al relajarse al nivel electrónico fundamental el exceso de energía es emitido en forma de fotones. Cuanto más pequeños son los puntos cuánticos menor es la longitud de onda de la luz emitida y más acusadas sus propiedades cuánticas.
Aplicaciones
Los puntos cuánticos actualmente iluminan monitores de ordenador y pantallas de televisión basadas en la tecnología QLED. También agregan matices a la luz de algunas lámparas LED. Con puntos cuánticos de materiales semiconductores, como arseniuro de indio y fosfuro de indio, se fabrican diodos láser emisores de luz más eficientes que los actuales.
Los bioquímicos y los médicos los usan para mapear el tejido biológico. Como emiten luz brillante y muy estable permiten obtener imágenes biomédicas de mucho contraste. Además, la longitud de onda tan específica a la que brillan evita las superposiciones, y permite teñir a la vez muchas más estructuras que con los métodos de tinción tradicionales.
Algunas células fotovoltaicas de tercera generación se basan en superficies con puntos cuánticos. No solo el rendimiento es mejor, sino que la fabricación es más barata, de modo que podrían hacer que la energia solar fuese mucho más asequible.
Los investigadores creen que en el futuro podrían contribuir a la electrónica flexible, sensores diminutos, células solares más delgadas y comunicación cuántica cifrada, por lo que acabamos de comenzar a explorar el potencial de estas pequeñas partículas.
