Los puntos cuánticos hablan y dialogan mediante la luz

Investigadores del Helmholtz-Zentrum Berlín (HZB) han logrado un importante avance en cuanto al intercambio de luz entre puntos cuánticos. Fueron capaces de establecer una comunicación entre dos puntos cuánticos a través de la luz, simulando también la dinámica de los electrones en estos puntos en tiempo real.

Los puntos cuánticos se obtienen a través de diminutos cristales semiconductores con dimensiones en el rango nanométrico: pueden usarse en los cúbits, la unidad mínima de la computación cuántica, en paneles solares y hasta en las últimas generaciones de pantallas planas de TV (QLED), garantizando máximo brillo y calidad de resolución en las imágenes.

Del mundo cuántico al mundo tangible

No se trata de una cuestión meramente teórica: los puntos cuánticos poseen aplicaciones concretas en múltiples campos y cada vez presentan un mayor impacto en el mundo real. A lo indicado previamente en cuanto a tecnologías informáticas, energías alternativas u optoelectrónica, hay que sumar su uso en el campo de la biomedicina: permiten obtener imágenes con mayor contraste y nitidez, entre otras ventajas.

Aunque sus dimensiones originales son nanométricas, en un rango notablemente inferior al de un cabello humano, también pueden aparecer en el mundo macroscópico, o sea en todo aquello que podemos ver directamente con nuestras funciones visuales, sin requerir instrumentos complementarios.

En ese universo al alcance de nuestros ojos, los puntos cuánticos pueden observarse en forma de pequeñas «pastillas» disueltas en un líquido. Es que esa sustancia desarrollada a partir de un escaso número de átomos y a una escala nanométrica se convierte en una matriz, sobre la cual van creciendo y se van acumulando estructuras, como en una especie de «montaña cuántica».

Comunicación a través de la luz

Ahora, los científicos alemanes han logrado un importante avance para aprovechar al máximo una de las principales cualidades de los puntos cuánticos: su capacidad para reemitir luz en una longitud de onda muy específica y que depende de su tamaño. Según una nota de prensa, fueron capaces de establecer una interacción entre dos puntos cuánticos mediante energía lumínica.

El «diálogo» entre los puntos cuánticos fue obtenido con versiones extremadamente reducidas de estos puntos: cada uno contenía alrededor de cien átomos. Sin embargo, los especialistas remarcaron que presentan igualmente las propiedades características de los nanocristales reales que funcionan como puntos cuánticos, y que se aplican a nivel tecnológico.

Junto a la concreción del intercambio de energía controlada por la luz entre dos puntos cuánticos, el estudio publicado recientemente en The Journal of Physical Chemistry A también avanzó en el cálculo de la estructura electrónica de estos puntos: a partir de los resultados obtenidos, lograron simular en tiempo real el movimiento de los electrones en los puntos cuánticos.

Descripciones más realistas

Aunque son estructuras nanométricas, los puntos cuánticos también están conformados por átomos que, a su vez, incluyen una gran cantidad de electrones. Al saber más sobre su dinámica, los especialistas podrán ahora manejar al detalle su funcionamiento y explorar nuevas aplicaciones relacionadas con estas increíbles estructuras.

Explicaron que a partir de esta clase de investigaciones se puede avanzar hacia una descripción más realista y «palpable» de la forma en que se comportan los puntos cuánticos, para de esta forma poder aplicarlos mejor en los campos tecnológicos en los que ya se han insertado y en otros en los cuales podrían acoplarse en un futuro.

Referencia

Atomistic Simulations of Laser-controlled Exciton Transfer and Stabilization in Symmetric Double Quantum Dots. Pascal Krause, Jean Christophe Tremblay and Annika Bande. The Journal of Physical Chemistry A (2021).DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jpca.1c02501

Foto: la ilustración muestra dos puntos cuánticos «comunicándose» entre sí mediante el intercambio de luz. Los puntos cuánticos se utilizan en la última generación de pantallas planas de TV, en las energías alternativas, en biomedicina y en muchas otras áreas tecnológicas. Crédito: HZB.