El punto y la luz

La luminiscencia es un fenómeno que se observa en materiales que absorben la luz en una determinada banda de frecuencia y posteriormente la reemiten en frecuencias distintas. Mediante la absorción, los electrones en el estado electrónico fundamental del material se excitan llegando a un estado de energía más alta. Al cabo de un tiempo característico de cada estado excitado, decaen a estados de energía más baja −incluso al estado fundamental− emitiendo luz. Este fenómeno hace posible una gama de aplicaciones tecnológicas mediante la utilización de dispositivos emisores de alta eficiencia y reproducibilidad que pueden miniaturizarse fácilmente.

Entre los materiales que exhiben la más alta eficiencia de luminiscencia, sobresalen los puntos cuánticos (Quantum Dots, abreviados QD en inglés), que actualmente se emplean en las pantallas luminiscentes de alta resolución, en ledes, en paneles solares y en sensores de diversos tipos, incluso para la realización de exámenes médicos de alta precisión. La funcionalización de la superficie de los QD con distintos tipos de moléculas hace posible la interacción con estructuras celulares u otras moléculas de interés, con lo cual viabiliza la investigación de procesos biológicos a nivel molecular.

Los puntos cuánticos son nanopartículas semiconductoras cuyas características emisivas están directamente relacionadas con el tamaño de los mismos, debido al fenómeno de confinamiento cuántico. Por esta razón, el monitoreo y el control del crecimiento cristalino durante la síntesis de los QD en solución brindan la oportunidad de efectuar una planificación inteligente de la luminiscencia que se pretende. En un trabajo publicado en la revista Scientific Reports, investigadores del grupo de la profesora Andrea de Camargo, en el Instituto de Física de São Carlos de la Universidad de São Paulo (IFSC-USP), en Brasil, y colaboradores de la Kiel University, en Alemania, dieron a conocer un nuevo abordaje para el monitoreo de la formación de los puntos cuánticos.

«Utilizamos el telururo de cadmio [CdTe] como sistema modelo y controlamos el proceso de crecimiento de las nanopartículas en solución acuosa calentada mediante el análisis de la luminiscencia in situ», comenta Pedro Felipe Garcia Martins da Costa, doctorando en el IFSC-USP y primer autor del artículo.

Sin interferir en la síntesis de los QD, esta técnica permite monitorear en tiempo real qué está sucediendo en la solución, es decir, seguir el crecimiento cristalino a través del color (la frecuencia) de la emisión detectada. «La síntesis se concreta con base en una mezcla de soluciones precursoras de iones de cadmio (Cd2+) y telurio (Te2-), en presencia de un reactivo para efectuar el control del tamaño. Con el aumento de la temperatura, se pone en marcha la reacción química mediante el acercamiento y el agrupamiento de iones de telururo y de cadmio. A medida que prosigue la reacción, unidades adicionales de CdTe van agrupándose esféricamente en un proceso denominado de automontaje. Merced al monitoreo rápido y preciso de las frecuencias de emisión, es posible estimar el tamaño de las nanopartículas. Los QD de telururo de cadmio con un diámetro de entre 1 y 2 nanómetros (nm) emiten en la región del azul y del verde del espectro visible, mientras que los puntos cuánticos mayores, de entre 4 y 5 nm, emiten en frecuencias más bajas como el amarillo y el rojo respectivamente», explica Leonnan Gotardo Merizio, posdoctorando en el IFSC-USP y coautor del artículo.

Garcia Martins da Costa pone de relieve la ventaja de este nuevo método con relación a la estrategia convencional.