L’Accademia delle Scienze di Stoccolma ha conferito il Nobel per la Chimica 2023 a Aleksej Ivanovič Ekimov, Louis Brus e Moungi Bawendi “Per la scoperta e la sintesi dei quantum dots”, i punti quantici.
Il Nobel per la chimica assegnato quest’anno non è relativo ad una recentissima scoperta ma sottolinea l’importanza, al di là dell’oggetto del lavoro premiato, della condivisione della scienza a prescindere dalle circostanze. Una tecnologia oggi riconosciuta come fondamentale nell’industria elettronica passa per lo studio e la ricerca ormai quarantennale sui quantum dots.
Era il lontano 1981 quando per primo il russo Aleksej Ivanovič Ekimov pubblicava il suo lavoro sugli effetti quantistici dipendenti dalle dimensioni ottenuti lavorando su vetro colorato con cloruro di rame, in cui le dimensioni delle particelle dello stesso sale influenzavano la colorazione assunta dal vetro, mentre era il 1983 quando lo statunitense Louis Brus proponeva tesi analoghe a quelle di Ekimov ma applicate a particelle di solfuro di cadmio in soluzione. Due soli anni di differenza per la scoperta di un fenomeno quantistico premiato solo oggi, nel 2023. Non va taciuto il ruolo del terzo vincitore del Nobel chimica 2023, un altro statunitense, Moungi Bawendi, che nel 1993 mette a punto un metodo riproducilbile per la sintesi con l’ultilizzo di solvente a temperatura elevata anche dei nanocrostalli di cui ai quantum dots. Le diverse temperature a cui era scaldato il solvente consentivano di ottenere nanocristalli programmabili, ossia delle dimensioni desiderate.
Ma quali sono le caratteristiche di questi particolari cristalli? Innanzitutto e più importante, essi costituiscono un esempio pratico di nanotecnologie che rendono applicativi i concetti teorici della meccanica quantistica in scenari di vita quotidiana. Ad oggi infatti la scienza dei quantum dots viene applicata nei biosensori e nella ricerca biomedica, e particolarmente interessanti risultano gli scenari di impiego di queste specie nella tecnologia commerciale LED e QLED.
I punti quantici sono strutture costituite da particelle di materiali semiconduttori con dimensioni comprese tra 2 e 10 nanometri. Merita ricordare che i materiali di dimensioni nanometriche assumono proprietà chimico fisiche che non compaiono a livello di dimensioni superiori. Questo perché la scala nanometrica rappresenta una sorta di zona di confine tra l’ambito in cui valgono le leggi della fisica classica e quello in cui cominciano invece a valere quelle della meccanica quantistica. Piace inoltre ricordare che 1 nanometro corrisponde a 1 miliardesimo di metro, e che in questa scala di misura un quantum dot è costituito al massimo da poche migliaia di atomi. In questo contesto proprietà quali colore e temperatura di fusione risultano fortemente dipendenti dalle dimensioni del cristallo. Ecco perché variando le dimensioni del cristallo varia anche il suo colore, sebbene il materiale costituente sia il medesimo. Vale a dire che è possibile controllare il comportamento degli elettroni e quindi le proprietà di questa materia. Gli elettroni confinati nei quantum dots infatti sono capaci di interagire con la luce risultando in un intenso fenomeno di fluorescenza su colori diversi conforme alle dimensioni dei punti quantici.
La versatilità dei quantum dots è una ulteriore ragione per cui questa tecnologia potrebbe essere impiegata in futuro in sempre più dispositivi di uso comune oltre che in settori all’avanguardia come ad esempio medicina, elettronica flessibile, rinnovabili, nanosensori.
Dott.ssa Chim. Roberta Giacometti
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