La scoperta che ha colorato le nanotecnologie
I quantum dot sono nanoparticelle così piccole al punto che le loro dimensioni determinano le loro proprietà, a partire dal colore, secondo le leggi della fisica quantistica. Sono i più piccoli componenti finora noti nel mondo delle nanotecnologie e le loro possibili applicazioni vanno dai televisori alle lampade a Led, fino ai sensori utilizzati nella biomedicina
La scoperta dei punti quantici ha segnato una rivoluzione nella chimica: prima delle nanotecnologie le proprietà degli elementi erano legate solo al numero di elettroni, ma con l'arrivo delle nanoparticelle sono entrate in gioco le leggi della fisica quantistica. Queste hanno cambiato le carte in tavola perché alcune proprietà dipendono dalle dimensioni.
Oggetti delle dimensioni di miliardesimi di metro, come i punti quantici, "hanno molte proprietà affascinanti e inusuali. Soprattutto, assumono colori diversi a seconda delle loro dimensioni", ha detto il presidente del Comitato Nobel per la Chimica Johan Åqvist. Che nel nanomondo potessero accadere cose simili era previsto dalla comunità scientifica, ma per molto tempo non ci sono stati gli strumenti per poter controllare le dimensioni delle nanoparticelle e in molti sono stati convinti a lungo si è pensato che questo campo di ricerca non avrebbero potuto portare ad applicazioni pratiche.
Qualcosa di nuovo è accaduto all'inizio degli anni '80, quando Alexei Ekimov è riuscito a ottenere, in un vetro colorato, i primi effetti quantistici legati alle dimensioni di nanoparticelle di cloruro di rame e a dimostrare che erano proprio le dimensioni a determinare gli effetti quantistici. Pochi anni più tardi, Brus ha dimostrato un fenomeno analogo nelle particelle libere di muoversi in un fluido. A perfezionare la tecnica è stato, nel 1993, Bawendi, che è riuscito a controllare la produzione di punti quantici in modo da assicurare un alto livello di qualità.
Oggi i punti quantici illuminano i monitor dei pc e gli schermi Qles (quantum dot led) delle tv, sono anche alla base di alcune lampade a Led e di sensori per studiare i tessuti biologici. Nel futuro di questa tecnologia ci sono dispositivi elettronici flessibili, sensori miniaturizzati, celle solari più sottili e comunicazioni quantistiche.
Chi sono i premiati
Moungi G. Bawendi, 62 anni, è nato in Francia nel 1961 e ha studiato negli Stati Uniti, all’Università di Chicago. Attualmente insegna nel Massachusetts Institute of Technology.
Louis E. Brus, 80 anni, è nato negli Stati Uniti nel 1943. Ha studiato nella Columbia University, dove lavora ancora.
Alexei I. Ekimov, 78 anni, è nato nell’ex Unione Sovietica e ha completato gli studi di dottorato a San Pietroburgo nel 1969. Ha lavorato in un’azienda americana, la Nanocrystals Technology Inc. di New York, dove ha avuto il ruolo di responsabile scientifico
Per i punti quantici 'un futuro importante'
I punti quantici, la cui scoperta è stata premiata con il Nobel della Chimica 2023, hanno "un futuro importante", nel quale sono "destinati a essere protagonisti in molti settori, dalle tecnologie per le comunicazioni ai dispositivi fotovoltaici ai display e, in medicina, per lo sviluppo di nuovi sistemi diagnostici": ne è sicura Lidia Armelao, direttrice del dipartimento di Chimica e materiali del Consiglio Nazionale delle Ricerche.
Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus e Alexei I. Ekimov, ha aggiunto Armelao riferendosi ai tre scienziati premiati, "sono un punto di riferimento nella ricerca in questo ambito", anche per i tanti ricercatori che in Italia lavorano sui punti quantici, in molti laboratori del Cnr e in molte università.
"L'Italia ha un'ottima squadra di ricerca: molti gruppi studiano quantum dot di dimensioni diverse e le loro applicazioni", ha aggiunto. I punti quantici, ha detto ancora la ricercatrice, "sono uno dei principali risultati delle cosiddette nanotecnologie: si tratta di particelle di materiali semiconduttori con dimensioni nanometriche", dove un nanometro corrisponde a un milionesimo di millimetro, o un miliardesimo di metro. "Queste ridotte dimensioni - ha aggiunto - permettono di sfruttare proprietà quantistiche che vengono meno passando a dimensioni maggiori. In particolare, i punti quantici hanno la capacità di emettere luce a specifiche lunghezze d'onda. Il colore emesso può essere variato semplicemente variando di pochi nanometri la loro dimensione e senza variare la loro composizione".
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