PUNTO CUÁNTICO, SET Y PARTIDO

 Al investigar para hacer la entrada de la semana pasada - pozos cuánticos - descubrí un nuevo concepto (*) Los puntos cuánticos o Qdots o quantum dots (en inglés).

Un punto cuántico es (**) Un sistema físico de dimensiones muy reducidas, de modo que una partícula, como un electrón, quede confinada dentro de un sistema.

Christian Jack los define así: "Son estructuras  denominadas 0-D ya que todas sus dimensiones están a escala nanométrica. . El tamaño de dicha estructura juega un papel crucial, ya que es el que determina los niveles de energía y por tanto la longitud de onda de la emisión de dichos niveles cuando se produce una recombinación a través de dichos niveles.. Los puntos cuánticos de mayor tamaño emiten luz con una longitud de onda grande correspondiente al rojo, mientras que los puntos cuánticos de menor tamaño emiten luz ultravioleta, de menor longitud debido a los efectos de confinamiento cuántico".

Por lo tanto, vemos dos cosas que nos pueden llamar la atención de los Qdots: Su confinamiento (recordar entrada "Pozos cuánticos") y su relación tamaño-longitud de onda.

Ahora viene lo interesante del tema. Los puntos cuánticos son átomos artificiales, nanoestructuras creadas en la década de los noventa, en el laboratorio de algún científico loco y portentoso, y que miden millonésimas de milímetro (se entiende que los puntos cuánticos, no los científicos, pudiendo estos medir unos cuantos milímetros más que sus inventos).

Hablemos de esas dos características principales de los puntos cuánticos

 - Confinamiento:  En los Qdots, partículas como los electrones están obligadas a permanecer atrapadas, confinadas en las tres dimensiones. En concreto, los electrones se disponen en el punto como en un único átomo, de ahí el apodo (*) átomos artificiales. Y de ahí, también, el que la materia estructurada en puntos cuánticos tenga propiedades que pueden ser controladas a voluntad.

 - Relación tamaño- longitud de onda: Al ser iluminados, los puntos cuánticos reemiten luz en una longitud de onda muy específica y que depende del tamaño del punto cuántico. Cuanto más pequeños sean los puntos, menor es la longitud de onda y más acusadas las propiedades cuánticas de la luz que emiten. De tal forma que pueden diseñarse puntos cuánticos con un tamaño determinado dependiendo de la longitud de onda que se necesite.

¿De qué están hechos los puntos cuánticos?  Normalmente, cualquier átomo en solitario podría ser un punto cuántico. Aunque actualmente se trabaja, más que con átomos "solitarios", con estrucucturas como (*) GaAS, Cadmio, Selenio y Zinc. (GaAs : Arseniuro de Galio)

En el primer punto cuántico se utlizó (*) Carbono y de hecho se sigue trabajando con él en la actualidad. Suelen presentar un diámetro de entre 5 y 10 nanometros, mientras que una célula biológica normal tiene alrededor de unos mil. (**) Es este pequeño tamaño el que confiere a estos puntos unas propiedades ópticas y cuánticas especiales. La nanoestructura se comporta como un átomo "artificial" en el que los electrones pasan a formar parte de toda la estructura, Los puntos cuánticos pueden encontrarse sumergidos en una matriz o también disueltos.

Aplicaciones:

 - Seguridad en monedas y documentos: Un ejemplo de puntos cuánticos embebidos en una matriz serían los que se encuentran en el papel monetario, son invisibles a simple vista pero si se les aplica radiación ultravioleta en un detector de billetes falsos se observan claramente.

- Electrodomésticos:  Los podemos encontrar en los diodos láser de los lectores CD y DVD, con lo cual podemos ver que ya sson muy habituales ya en nuestros días

- Computación cuántica: Especial relevancia el trabajo de  un equipo de científicos que  consiguió crear hace dos años un (*) Entrelazamiento cuántico entre dos Qdots. Característica fundamental para la computación cuántica (y dicho sea de paso, una de las características más bellas del mundo cuántico)

- Biomedicina: Sobre todo a la hora de obtener imágenes del paciente. "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". Xavier Michelet, investigador de la Universidad de California

- Se está trabajando en la posibilidad de que mediante (*) la nanotecnología se consiga crear puntos cuánticos que sirvan para transportar fármacos hasta células específicas. Aunque hoy por hoy, el inconveniente es la toxicidad, ya que en biología, los puntos cuánticos se hacen principalmente con (*) Cadmio y otros elementos igualmente tóxicos.

 - Fuente de iluminación: Una propiedad de los puntos cuánticos es que presentan un factor de conversión cercano al 100%, es decir, prácticamente transforman toda la radiación ultravioleta que reciben en radiación visible. El punto interesante es que podemos modificar el color emitido variando, como hemos dicho antes, el tamaño del Qdot.  O dicho de otro modo. si conjugamos los tamaños adecuados podríamos obtener bombillas de puntos cuánticos que emitieran luz blanca de gran intensidad, a partir de la radiación ultravioleta que reciben de la atmósfera. Los efectos serían un verdadero ahorro energético y un bajísimo impacto ambiental.
Como hemos visto, el punto cuántico es un ejemplo de las aplicaciones prácticas o del día a día de la física cuántica. Demostrando que no sólo se tratan de conceptos teóricos, estadísticos o de "pizarra" sino que tienen su aplicación en los avances más punteros de la tecnología.
Fuentes:
- http://axxon.com.ar/not/154/c-1540078.htm (basada en una noticia del diario "El País)
- http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/2007/01/29/hablamos-de-un-puntazo-nanotecnologico-los-puntos-cuanticos/
- http://www.solociencia.com/quimica/07110205.htm
- https://thedot.mx/archives/1956
Páginas Web recomendadas:
- http://www.gatodeschrodinger.es/2009/05/que-es-un-punto-cuantico-parte-i-bandas.html
(información desde el punto de vista estrictamente físico sobre los puntos cuánticos.
- http://www.uco.es/hbarra/index.php/fc (Página con apuntes y utilidades para estudiar la física cuántica)
- http://www.solociencia.com/ (Portal divulgativo sobre ciencia y tecnología)
https://jilawww.colorado.edu/research/nano_qDots.html (Información en inglés, presentacion y rasgos de los Qdots)
Bibliografía recomendada:
- "El punto cuántico. La Microelectrónica del futuro". Richard Turton. Ed Alianza Ensayo (1999) ISBN 9788420679310
- "100 Preguntas básicas sobre la Ciencia". Isaac Asimov. Ed Alianza Editorial (2010) ISBN 9788420664224. Libro muy recomendable. Con explicaciones sencillas sobre varios aspectos de la ciencia, p.e ¿qué un Quark? ¿ qué es la Antimateria?
Imágenes:
- Hommer : http://nanobot.blogspot.com/2007/07/spread-some-jelly-on-your-quantum-dots.html. Sería interesante entrar en su página. (En inglés) En especial para leer su entrada "Sacando la toxicidad de los Qdots"
- Quantum Dots: http://www.ceac.aston.ac.uk/research/staff/as/research/
Video:
- El video que pondré hoy es en inglés. Es una introducción (1 de 2) sobre qué son, cómo son y para qué sirven los puntos cuánticos. Explicados por un graduado del MIT a una audiencia, principalmente infantil (interesante combinación!!)