"Pontos quânticos": sua descoberta recebeu o Prêmio Nobel de Química de 2023

Em reconhecimento às suas admiráveis contribuições, os cientistas Moungi Bawendi, Louis Brus e Alexei Ekimov receberam o Prêmio Nobel de Química de 2023. Este é um fato que poucos ousaram imaginar, pois só existiam teorias sobre os efeitos dos pontos quânticos em função do seu tamanho.

Mas chegar ao topo tem sido um caminho que exige muita paciência. Tudo começou em 1937, quando Herbert Fröhlich teorizou que as nanopartículas poderiam variar o seu comportamento dependendo da sua forma e tamanho.Foi um grande desafio comprovar sua teoria, pois exigia estruturas menores que um alfinete!

Algumas décadas depois, em 1981, Alexei Ekimov concentrou seu trabalho na absorção de luz em nanocristais. Mais tarde, Louis Brus, da Universidade de Columbia, fez experiências com partículas líquidas, concluindo que o tamanho dessas minúsculas partículas influenciava a absorção da luz.

Para completar esse caminho, Moungi Bawendi, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), trabalhou com métodos para gerar nanocristais de alta qualidade. Como consequência desse árduo trabalho em cadeia, hoje podemos entender os pontos quânticos e sua aplicação em diversas disciplinas.

O tamanho importa sim!

Os pontos quânticos, também conhecidos como nanocristais semicondutores, são partículas minúsculas que possuem propriedades ópticas e eletrônicas únicas devido ao seu tamanho e estrutura cristalina. Eles são tão pequenos que o seu comportamento é governado pelas leis da mecânica quântica.

Quando os pontos quânticos têm um tamanho específico, sua estrutura cristalina envolve elétrons e buracos em três dimensões. Isso permite que três espectros de cores sejam observados:

• pequenos pontos quânticos, possuem maior separação de energia, emitindo luz com comprimento de onda curto correspondente às cores azul e violeta do espectro visível;
• pontos quânticos médios, possuem separação de energia intermediária e emitem ondas de luz associadas a cores como amarelo e verde;
• pontos quânticos grandes, possuem menor separação de energia e são capazes de emitir luz com comprimentos de onda maiores, ou seja, pode-se observar a cor vermelha do espectro visível.

Nessa direção, pontos quânticos têm sido usados em displays para melhorar a cor e a eficiência energética. Com esta abordagem, os pontos quânticos têm sido aliados para melhorar a gama de cores, melhorar o ajuste da temperatura da cor, manter a qualidade de uma imagem por mais tempo e implementar telas de alta resolução.

Oito aplicações que simplificaram a vida humana

Os pontos quânticos têm aplicações em diversas áreas da indústria devido à excelência de suas propriedades. Algumas das mais notáveis incluem:

• sensores, para detectar substâncias e condições como gases tóxicos, biomoléculas e temperaturas extremas;
• criptografia quântica, para garantir a transmissão segura de informações em sistemas quânticos;
• armazenamento de dados, devido à sua capacidade de reunir informações em nível nanométrico;
• células solares, para melhorar a captação de luz nas células solares e aumentar a eficiência de conversão de energia;

• detecção biológica, onde podem ser modificados para se ligarem seletivamente a certas estruturas biológicas, facilitando a detecção e rastreamento de células em estudos biológicos e médicos;
• imagens médicas, para melhorar a visualização de tecidos e órgãos em ressonâncias magnéticas e tomografias computadorizadas.
• iluminação, para produzir luz branca de alta qualidade acompanhada por melhor reprodução de cores;
• telas de dispositivos eletrônicos, como televisores, monitores de computador e dispositivos móveis para melhorar a qualidade das cores e a eficiência energética.

As diversas aplicações dos pontos quânticos vieram para ficar e serem exploradas em áreas inimagináveis. A ciência gerou tecnologia que, nas mãos certas, gera benefícios na saúde, na educação e no cuidado do nosso planeta Terra.