As grandes aplicações dos pontos quânticos / foto: Jonathan NACKSTRAND - AFP
As grandes aplicações dos pontos quânticos
O Prêmio Nobel de Química de 2023 contemplou, nesta quarta-feira (4), os descobridores dos pontos quânticos, tipos de nanopartículas fundamentais para as novas telas de televisão e a cirurgia tumoral.
Estas partículas podem ser chave para o futuro da computação quântica e de novas fontes de energia.
- O que é um ponto quântico?
As propriedades dos materiais normalmente dependem dos elementos que os compõem.
As propriedades de um material simples, como um átomo de ferro, dependem do número de elétrons que orbitam ao redor do seu núcleo.
Mas, em 1937, o físico inglês Herbert Fröhlich postulou que em escala nanométrica (um nanômetro tem um bilionésimo de metro), as propriedades de uma partícula respondem às leis da física quântica.
Nesta escala, as propriedades de um elétron ativado, por exemplo, com luz infravermelha, dependem do espaço no qual ele se desloca.
"Quanto menor o espaço, maior é a energia dos elétrons", explicou o professor Heiner Linke, membro do Comitê Nobel de Química. Consequentemente, a luz emitida quando se ativa "se inclinará para o azul em um espaço menor e para o vermelho em um espaço menor".
O único problema na época de Herbert Fröhlich era a impossibilidade de se fabricar materiais em uma escala tão pequena e medir suas propriedades. Foi preciso esperar mais de 40 anos para consegui-lo.
- Quem descobriu o que?
O russo Alexei Ekimov e o americano Louis Brus foram os primeiros a descobrir materiais de pontos quânticos, cuja fabricação controlada foi possível posteriormente graças ao terceiro ganhador do Nobel nesta quarta-feira, o tunisiano-americano Moungi Bawendi.
Alexei Ekimov fez sua descoberta no Instituto de Óptica Vavilov, no começo da década de 1980.
Naquela época, este físico trabalhava em nanocristais de vidro colorido e "dopados" com uma mistura de cobre e cloro.
O cientista observou que emitiam luz mais ou menos vermelha ou azulada, segundo o tamanho dos cristais. No entanto, ele enfrentou o problema de que esta descoberta era aplicada a um material "inamovível", sem possibilidade de manipulação posterior.
Nesse mesmo momento, e sem conhecer os trabalhos de Ekimov, a equipe americana de Louis Brus estava pesquisando a síntese de nanopartículas em um coloide, uma solução líquida que podia ser modificada.
Brus encontrou provas de efeitos em nível quântico, trabalhando em cristais de sulfeto de cádmio.
"Durante muito tempo, pensou-se que não seria possível criar partículas, mas conseguiram", disse o professor Johan Aqvist, membro do Comitê Nobel.
No entanto, para que estas nanopartículas fossem úteis, "era necessário poder fabricá-las com um controle extremo de seu tamanho".
O químico Moungi Bawendi se antecipou em seu laboratório no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT, na sigla em inglês).
Em 1993, descobriu em um coloide a maneira de controlar de forma precisa, mediante um aquecimento específico, a formação de nanocristais. Isto "abriu a porta à sua aplicação", continuou Aqvist.
- Para que serve?
Os pontos quânticos são encontrados nas telas de QLED, a última geração de aparelhos de televisão, nos quais os nanocristais emitem cores diferentes, de acordo com o seu tamanho.
Isto permite "melhorar a resolução da tela e manter a qualidade da cor por mais tempo", explicou à AFP Cyril Aymonier, diretor do Instituto de Química da Matéria Condensada de Bordeaux.
No entanto, há um problema: "muitos dos pontos quânticos usados hoje são feitos à base de cádmio", um metal pesado tóxico conhecido por ser carcinogênico, explicou este pesquisador francês, cujo laboratório trabalha com pontos quânticos baseados em "novos elementos não tóxicos".
Na medicina, os pontos quânticos são úteis para fazer diagnósticos por imagens. Dependendo de seu tamanho, a cor muda para marcar, por exemplo, "a vasculização de um tumor" canceroso, explicou o professor Aqvist.
No futuro, as pesquisas prometem outras aplicações, a começar por painéis solares mais eficientes e baratos.
"Atualmente, os painéis fotovoltaicos só absorvem parte da radiação solar. Mas a partir destes nanocristais, poderíamos desenvolver painéis solares que absorvam todo o espectro da luz", disse Cyril Aymonier.
Esperam-se outras aplicações para os computadores quânticos, com capacidade de cálculo gigantesca, ou para comunicações quânticas ultra-seguras.
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