Moungi Bawendi, profesor de Química Lester Wolfe en el MIT y líder en el desarrollo de partículas diminutas conocidas como puntos cuánticos, ganó el Premio Nobel de Química para 2023. Compartirá el premio con Louis Brus de la Universidad de Columbia y Alexei Ekimov de Tecnología de nanocristales, Inc.

Los investigadores fueron honrados por su trabajo en el descubrimiento y síntesis de puntos cuánticos: pequeñas partículas de materia que emiten luz excepcionalmente pura. En su anuncio de esta mañana, la Fundación Nobel citó a Bawendi por su trabajo que “revolucionó la producción química de puntos cuánticos, dando como resultado partículas casi perfectas”.

Bawendi, que ha sido profesor en el MIT desde 1990, dijo a MIT News esta mañana que sintió “sorpresa y conmoción” al recibir la llamada del comité del Nobel, y agregó: “Fue un gran honor despertarme”.

Los puntos cuánticos consisten en pequeñas partículas de material semiconductor que son tan pequeñas que sus propiedades difieren de las del material en masa. Más bien, se rigen en parte por las leyes de la mecánica cuántica que describen cómo se comportan los átomos y las partículas subatómicas. Cuando se iluminan con luz ultravioleta, los puntos emiten una intensa fluorescencia en una gama de colores determinada por el tamaño de las partículas.

Estas diminutas partículas se utilizan ahora en muchos tipos de imágenes biomédicas, así como en pantallas de ordenadores y televisores, y también tienen potencial en campos como la fotocatálisis y la computación cuántica.

"Es difícil pensar en una expresión más elegante de Mente y Mano", escribió la presidenta del MIT, Sally Kornbluth, sobre el trabajo de Bawendi, en una carta a la comunidad del MIT esta mañana, en referencia al lema del MIT, "Mens et Manus". "Nos unimos a la familia de Moungi, su departamento y sus amigos y colegas de todo el mundo para celebrar este raro honor".

Esculpiendo partículas diminutas

Los puntos cuánticos son partículas de sólo unos pocos nanómetros de diámetro, aproximadamente una millonésima parte del tamaño de la cabeza de un alfiler. Desde la década de 1930, los científicos habían predicho que partículas tan pequeñas mostrarían un comportamiento inusual porque a escalas tan pequeñas hay menos espacio para los electrones de un material, por lo que quedan comprimidos. Como resultado, se creía que el tamaño de las partículas influiría en propiedades físicas como el color.

Sin embargo, esta hipótesis fue difícil de probar porque no había formas de producir partículas tan pequeñas, hasta principios de la década de 1980, cuando Ekimov y Brus lograron crear puntos cuánticos de forma independiente. Trabajando con puntos cuánticos flotando libremente en una solución, Brus demostró que el tamaño de las partículas afectaba el color que emitían. Ekimov descubrió el mismo fenómeno trabajando con nanopartículas de vidrio teñidas con cloruro de cobre.

Sin embargo, las técnicas utilizadas por Ekimov y Brus no produjeron puntos cuánticos de tamaño uniforme. En 1993, Bawendi y sus estudiantes fueron los primeros en presentar un método para sintetizar puntos cuánticos manteniendo un control preciso sobre su tamaño.

Variando sistemáticamente las condiciones bajo las cuales se cristalizaron los puntos cuánticos, Bawendi y su grupo de investigación lograron desarrollar nanocristales de un tamaño específico. En ese momento, los investigadores estaban interesados ​​en crear puntos cuánticos para poder estudiar más a fondo sus propiedades únicas, sin tener idea de para qué serían útiles más adelante.

"Simplemente presionamos y presionamos, y finalmente desarrollamos un proceso para hacer partículas lo suficientemente buenas para estudios de ciencia básica, y resultó que el proceso podría usarse para mucho más que eso, lo que nunca hubiéramos pensado en ese momento", Bawendi dijo a MIT News .

Desde entonces, también ha ideado formas de controlar la eficiencia de la emisión de luz de los puntos y eliminar su tendencia a parpadear, haciéndolos más prácticos para aplicaciones en muchos campos.

Los puntos cuánticos se utilizan ahora en televisores de pantalla plana y otras pantallas, donde generan imágenes más vívidas que las pantallas LED tradicionales. También se utilizan para etiquetar moléculas dentro de las células, lo que permite obtener imágenes de ellas más fácilmente, y se han explorado como una herramienta para guiar a los médicos durante la cirugía al iluminar el tejido.

"Es realmente fantástico ver cómo se han utilizado en tantas áreas, pero no es algo que esperábamos en ese momento", afirma Bawendi, que también es miembro principal de los Laboratorios de Tecnología de Microsistemas del MIT. "Sólo estábamos interesados ​​en estudiar los materiales".

Al presentar a Bawendi en una conferencia de prensa del MIT esta mañana, Kornbluth describió su logro Nobel como “un día excepcional” para el Instituto.

"No podemos imaginar nada más electrizante", dijo Kornbluth. “Obviamente, ese entusiasmo refleja nuestro respeto por este extraordinario honor, pero es más profundo porque sería difícil encontrar una comunidad con mayor reverencia por la maravillosa belleza de la ciencia básica de descubrimiento y el increíble poder de la innovación para mejorar nuestro mundo. que la gente del MIT. Espero que este premio y todos los Nobel de ciencia de esta semana puedan servir para recordar a la nación y al mundo por qué la ciencia fundamental merece nuestro apoyo sostenido y entusiasta”.

Un nuevo campo de la ciencia

Nacido en París, de madre francesa y padre tunecino, Bawendi se mudó a West Lafayette, Indiana, cuando era niño cuando su padre, un matemático, se convirtió en profesor en la Universidad Purdue. En 1982, obtuvo su título universitario en la Universidad de Harvard, donde, como estudiante de primer año, reprobó su primer examen de química. Esa experiencia le enseñó una valiosa lección de perseverancia, que describió en la rueda de prensa de hoy.

“Tienes un revés, pero puedes perseverar, superarlo y aprender de tu experiencia, lo cual obviamente hice”, dijo. "Y podría haber decidido que esto no era para mí, pero me gustaba lo que estaba haciendo y así aprendí cómo tener éxito como estudiante".

Bawendi obtuvo un doctorado en la Universidad de Chicago en 1988. Como posdoctorado, trabajó con Brus, que entonces estaba en AT&T Bell Laboratories y recientemente había hecho su descubrimiento original sobre las propiedades de puntos cuánticos de diferentes tamaños.

"Eso fue lo que me entusiasmó trabajar con él, porque abrió un campo científico completamente nuevo, lo que crea muchas oportunidades para hacer nuevos descubrimientos", dijo Bawendi a MIT News .

Los científicos ahora están explorando la posibilidad de utilizar puntos cuánticos para mejorar el rendimiento de muchas otras tecnologías, incluidas las células solares, la electrónica flexible y los fotocatalizadores. En los últimos años, el laboratorio de Bawendi también ha desarrollado espectrómetros basados ​​en puntos cuánticos, que son lo suficientemente pequeños como para caber dentro de la cámara de un teléfono inteligente. Estos dispositivos podrían utilizarse para diagnosticar enfermedades, especialmente afecciones de la piel, o para detectar contaminantes ambientales.

Cuando se le preguntó en la conferencia de prensa qué le deparará el futuro a la investigación de puntos cuánticos, Bawendi dijo que espera sorprenderse.

"Esa es una muy buena pregunta porque constantemente me sorprendo cuando asisto a conferencias sobre el progreso y las direcciones del campo", dijo. “Creo que hace 30 años, ninguno de los que comenzamos en este campo podría haber predicho que 30 años después estaríamos donde estamos hoy. Y es simplemente sorprendente para mí, si tienes personas realmente excelentes trabajando en un campo completamente nuevo con materiales completamente nuevos, la innovación surge en direcciones que no puedes predecir”.

Estar en el MIT, centrado en la investigación interdisciplinaria, ha sido un factor crítico en su éxito, dijo Bawendi a MIT News.

"La atmósfera en el MIT es realmente lo que me permitió explorar otros campos de la ciencia, lo cual ha sido clave para los avances que he podido lograr", dice. "Es un lugar único y es maravilloso ser parte de él".

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