UABDivulga - Barcelona recerca i innovació

El viatge de la descoberta dels punts quàntics semiconductors comença amb el físic rus Alexei Ekimov que reporta la síntesi a l'interior de materials vitris dopats mitjançant processos de nucleació i creixement a temperatura elevada l’any 1982. Poc temps després el químic estadounidenc Louis Brus sintetitza nanopartícules (NP) en solució i descriu la física que explica la discretització dels nivells d’energia. Als Bell Labs (EUA) reuneix un grup de joves científics, entre els quals figura Moungi Bawendi, que inicien la síntesi de nanopartícules amb elements dels grups II-VI i la introducció de precursors organometàl·lics. Després de la seva incorporació al MIT (EUA), Bawendi forma un grup de treball que desenvolupa i depura la síntesi d'aquestes nanopartícules utilitzant surfactants especials que permeten la síntesi amb una precisió sense precedents, possibilitant l'inici d'una nova era en l'àmbit de la nanociència i la nanotecnologia. L'article de 1993 publicat a la revista Journal of the American Chemical Society (JACS) on es descriu aquest procés compta amb més de 8000 cites, cosa que dona compte de la rellevància que ha tingut aquest descobriment en treballs posteriors. Aquest procediment va permetre la síntesi de nanopartícules amb una dispersió de mides molt reduïda i una gran perfecció cristal·lina, i va dinamitzar l’estudi de les propietats òptiques de la matèria de baixa dimensionalitat en observar-se de forma directa la quantització dels nivells d’energia durant l’absorció de la llum. Aquest efecte és degut al confinament dels excitons (parells electró-buit amb interacció culombiana) que es produeixen en absorbir un fotó.

Una mica més tard comença la carrera per aconseguir nanopartícules amb més eficiència d'emissió i se sintetitzen les primeres nanopartícules core-shell. En aquella època em vaig incorporar com a estudiant postdoctoral al MIT, al grup de Klavs F. Jensen, i vaig iniciar una col·laboració estreta amb el grup de Bawendi, sintetitzant i estudiant propietats diverses d'aquestes core-shell NPs al seu laboratori i al costat d'alguns dels seus estudiants i postdocs. En aquest període vam aconseguir sintetitzar i estudiar les primeres NP core-shell amb un augment molt significatiu de l'eficiència d'emissió i que han estat claus per a molts dels estudis i de les aplicacions posteriors d'aquestes nanopartícules. L'ambient al laboratori de Bawendi era extraordinari i érem conscients que s'estava fent ciència que podria tenir un impacte significatiu, com així ha estat.

La bellesa estètica d'aquelles nanopartícules que poden emetre llum en tots els colors de l'espectre visible quan se les irradia amb llum ultraviolada només modificant la seva mida produïa una fascinació afegida que ha estat captada en nombroses imatges, com la que acompanya aquesta ressenya, presa en 1997 per Felice Frankel, artista resident al MIT, amb les nanopartícules que vam sintetitzar alguns de nosaltres al laboratori de Bawendi. La fotografia va ser portada de la revista The Journal of Physical Chemistry B i formava part de l'article que vam publicar amb els resultats de la investigació.

Les nanopartícules desenvolupades al MIT i, posteriorment, en molts altres laboratoris i empreses, tenen una elevada capacitat de sintonitzar-se (tunability) en energia, eficiència d'emissió i fotoestabilitat, així com una gran puresa espectral, aspectes essencials en el seu ús com a partícules luminescents per a pantalles o marcadors biològics. Encara avui, el futur d'aquestes nanopartícules és molt brillant.