Nel 2023, tre eminenti scienziati – Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus e Alexei I. Ekimov – hanno ricevuto il prestigioso Premio Nobel per la Chimica per la loro rivoluzionaria scoperta e sintesi dei punti quantici, aprendo le porte a una vasta gamma di applicazioni nelle nanotecnologie e oltre.
I Geni dietro i Punti Quantici
Moungi G. Bawendi, originario di Parigi e docente presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge (USA), Louis E. Brus, nato a Cleveland e professore presso la Columbia University di New York (USA), e Alexei I. Ekimov, originario dell’Ex Unione Sovietica e direttore scientifico della Nanocrystals Technology Inc. di New York (USA), sono i tre scienziati che hanno portato alla luce questa innovazione.
I Punti Quantici e le Nanotecnologie
Il Nobel per la Chimica di quest’anno ha celebrato la scoperta e lo sviluppo dei punti quantici, minuscole nanoparticelle la cui dimensione influenza in modo determinante le loro proprietà. Queste nanostrutture, i mattoncini delle nanotecnologie, svolgono un ruolo cruciale in diverse applicazioni, dalle TV e lampade LED che sfruttano i loro colori, alle reazioni chimiche catalizzate e all’illuminazione dei tessuti tumorali in sala operatoria.
Riprodotto da A. L. Efros e L.E. Brus, ACS Nano 15, 6192 (2021).
Oltre alla creazione di luce colorata, i punti quantici stanno aprendo la strada a futuri sviluppi nell’elettronica flessibile, nei sensori miniaturizzati, nelle celle solari sottili e persino nella comunicazione quantistica crittografata.
La Rivoluzione delle Dimensioni
Le proprietà degli elementi chimici sono generalmente governate dal numero di elettroni, ma quando le dimensioni della materia si riducono a scala nanometrica, emergono fenomeni quantistici dominati invece dalle dimensioni stesse della materia. Questo è il cuore dell’innovazione dei punti quantici: particelle così minuscole da subire fenomeni quantistici.
Da Teoria a Pratica: Una Sfida Superata
Per molto tempo, i fenomeni quantistici a livello nanometrico erano solo teorizzati, ma difficili da dimostrare nella pratica. Servivano strutture un milione di volte più piccole della capocchia di uno spillo. Tuttavia, negli anni ’80, Alexei Ekimov dimostrò effetti quantistici nel vetro colorato, aprendo la strada alla comprensione dei cambiamenti di colore dovuti alle dimensioni delle particelle. Louis Brus dimostrò effetti quantistici in particelle sospese in un fluido.
L’Importanza delle Dimensioni
Le dimensioni nanometriche delle particelle hanno dimostrato di influenzare la luce che assorbono, aprendo una terza dimensione nella tavola periodica degli elementi. Questo ha dato ai chimici un nuovo parametro da manipolare nello sviluppo di materiali innovativi.
Moungi Bawendi ha svolto un ruolo cruciale nella produzione controllata di nanocristalli di dimensioni specifiche. Questa innovazione ha reso possibile il lavoro di numerosi scienziati con i punti quantici, esplorando le loro proprietà in diverse applicazioni.
Applicazioni Attuali dei Punti Quantici
Sebbene stiamo solo iniziando a sfruttare il loro potenziale, i punti quantici sono già presenti in molte tecnologie quotidiane. Da schermi TV a LED che modificano il colore della luce, a lampade LED che regolano la temperatura del colore, e persino in medicina, dove si collegano alle biomolecole per mappare le cellule di interesse.
Questa innovazione ha aperto nuovi orizzonti nelle nanotecnologie e promette di rivoluzionare il nostro mondo, dall’elettronica alla medicina, attraverso la manipolazione delle dimensioni a scala nanometrica. Con un futuro brillante in prospettiva, non vediamo l’ora di vedere dove ci porteranno i punti quantici nelle prossime generazioni di tecnologia e ricerca scientifica.
Dott. Francesco Domenico Nucera
FONTI:
https://www.nobelprize.org/uploads/2023/10/advanced-chemistryprize2023.pdf
https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2023/summary/
https://www.scientificamerican.com/article/nobel-prize-in-chemistry-2023-quantum-dots/
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