Premios Nobel
Invertir en Logros del Premio Nobel – Puntos Cuánticos y Nanocolores
Historia del Premio Nobel
El Premio Nobel es el galardón más prestigioso del mundo científico. Fue creado de acuerdo con la voluntad del Sr. Alfred Nobel para otorgar un premio “a quienes, durante el año precedente, hayan conferido el mayor beneficio a la humanidad” en física, química, fisiología o medicina, literatura y paz.
Un sexto premio sería creado más tarde para las ciencias económicas por el banco central sueco, oficialmente llamado el Premio en Ciencias Económicas, a menudo más conocido como el Premio Nobel de Economía.
La decisión de a quién atribuir el premio corresponde a varias instituciones académicas suecas.
Preocupaciones de Legado
La decisión de crear el Premio Nobel llegó a Alfred Nobel después de leer su propio obituario, tras un error de un periódico francés que malinterpretó la noticia de la muerte de su hermano. Titulado “El Comerciante de la Muerte está Muerto”, el artículo francés criticó a Nobel por su invención de explosivos sin humo, de los cuales la dinamita era la más famosa.
Sus invenciones fueron muy influyentes en la configuración de la guerra moderna, y Nobel compró una enorme fábrica de hierro y acero para convertirla en un importante fabricante de armamento. Como primero fue químico, ingeniero e inventor, Nobel se dio cuenta de que no quería que su legado fuera el de un hombre recordado por haber hecho una fortuna a costa de la guerra y la muerte de otros.
Premio Nobel
Hoy en día, la fortuna de Nobel se guarda en un fondo invertido para generar ingresos que financien la Fundación Nobel y la medalla verde dorada chapada en oro, el diploma y el premio monetario de 11 millones de SEK (alrededor de 1 millón de dólares) atribuido a los ganadores.
Fuente: Britannica
Con frecuencia, el dinero del Premio Nobel se divide entre varios ganadores, especialmente en campos científicos donde es común que 2 o 3 figuras principales contribuyan juntas o en paralelo a un descubrimiento revolucionario.
A lo largo de los años, el Premio Nobel se ha convertido en EL premio científico, intentando equilibrar descubrimientos teóricos y muy prácticos. Ha premiado logros que sentaron las bases del mundo moderno, como la radiactividad, los antibióticos, los rayos X, o la PCR, así como ciencia fundamental, como la fuente de energía del sol, la carga del electrón, la estructura atómica, o la superfluidez.
Colores Microscópicos
En la vida cotidiana, los objetos tienen colores específicos debido a sus propiedades intrínsecas en cómo interactúan con la luz. La luz solar contiene un espectro de colores, y cuando algunos colores son absorbidos, esto nos da diferentes colores reflejados.
Fuente: DataColors
Estos mecanismos no funcionan de la misma manera a escala nanométrica. Aquí, los efectos cuánticos que cambian la forma en que los electrones se disponen alrededor del núcleo de un átomo modificarán cómo un material absorbe la luz. A su vez, esto modifica su color.
Más precisamente, se deriva de la aplicación de la ecuación de Schrödinger, que predice cómo se comportan las partículas a escala cuántica, donde son tanto una onda como una partícula.
En 1937, el físico Herbert Fröhlich predijo que, debido a la ecuación de Schrödinger, las nanopartículas se comportarían de manera diferente a las más grandes. Lo más importante, cuando las partículas se vuelven extremadamente pequeñas, hay menos espacio para los electrones del material, por lo que se comprimen entre sí.
Porque la interacción de la luz con los electrones de un material determina su color, esto predijo que los efectos cuánticos podrían cambiar el color de las nanopartículas según su tamaño (y, por lo tanto, cuán “comprimidos” estén sus electrones).
Pasar de las teorías de los años 30 a la práctica tomó tiempo y se logró realmente solo en los años 80 y 90, con tres científicos diferentes que progresivamente lo hicieron posible.
Fuente: Premio Nobel
Hoy, los puntos cuánticos se utilizan en medicina, pantallas y fabricación de QLED, representando un mercado de 4 mil millones de dólares en 2021.
Podrían volverse cruciales en muchas más aplicaciones, desde la detección de cáncer con puntos cuánticos infrarrojos, hasta crear sistemas solares pancromáticos o abrir nuevas opciones en la fabricación electrónica con nanofotónica.
Del Vidrio Antiguo a la Física Cuántica
En la era moderna, los científicos redescubrieron algo que los fabricantes de vidrio conocían desde la Antigüedad: es posible crear un vidrio coloreado de varios tonos añadiendo impurezas al vidrio como plata, oro y cadmio.
Más intrigante, el mismo elemento añadido podría generar diferentes colores dependiendo de cómo se calentara y enfriara el vidrio.
Aleksey Yekimov, el primer ganador de este Premio Nobel, comenzó a analizar vidrio coloreado con una herramienta de análisis de luz utilizada por la industria de semiconductores. Usando rayos X, descubrió que el vidrio tintado con cloruro de cobre producido con diferentes tiempos de calentamiento tendría tamaños de partículas de cobre variables, de 2 nm a 30 nm.
Un fenómeno fascinante fue que, mientras las partículas de cobre grandes actuaban “normalmente”, cuanto más pequeñas eran las partículas, más azul era la luz que absorbían.
Fuente: Premio Nobel
Esta no fue la primera vez que se observó un efecto cuántico dependiente del tamaño, pero fue la primera vez que se produjo con un proceso de fabricación relativamente simple, en lugar de condiciones extremas como ultra alto vacío y temperaturas cercanas al cero absoluto.
Yekimov publicaría sus resultados en una revista científica soviética, y su descubrimiento no llegaría a los científicos del bloque occidental hasta la caída de la Unión Soviética. Así, paralelamente, los científicos occidentales también estaban haciendo descubrimientos que conducirían a la invención de los puntos cuánticos.
Partículas de Puntos Cuánticos Suspendidos
En Bell Labs en EE. UU., una incubadora de al menos 10 Premios Nobel, Louis Brus estudió cómo usar energía solar para producir reacciones químicas. Utilizó partículas de sulfuro de cadmio en una solución y produjo partículas lo más pequeñas posible para maximizar la superficie de reacción.
Lo que notó fue que la absorción de luz de estas partículas cambiaba con el tiempo. Tras investigarlo descubrió que crecían con el tiempo al aglomerarse con partículas más pequeñas, pasando de 4,5 nm a 12,5 nm.
La partícula más grande absorbía luz como se esperaría del sulfuro de cadmio. Pero las partículas más pequeñas tenían una absorción que se desplazaba hacia el azul.
Fuente: Premio Nobel
Las partículas en una suspensión coloidal en un líquido usadas por Louis Brus podrían ser mucho más útiles que las atrapadas en vidrio de Yekimov, ya que podrían producirse y refinarse más fácilmente a escala masiva.
Sin embargo, el método de producción resultó muy inconsistente. No solo el tamaño final de las partículas era casi impredecible, sino que las soluciones contenían una mezcla de varios tamaños.
Lejos de ser un producto puro que pudiera usarse en otras tecnologías y a escala industrial, seguía siendo mayormente una curiosidad científica.
Producción Masiva de Puntos Cuánticos
Moungi Bawendi fue estudiante de posdoctorado en el laboratorio de Louis Brus en 1988. Allí experimentó con todas las variables posibles para crear puntos cuánticos consistentes, probando los efectos de diferentes solventes, temperaturas y técnicas. Esto logró algunos avances pero aún no fue suficiente para obtener un resultado consistente y replicable.
Más tarde, mientras trabajaba en el MIT, finalmente encontró una receta que funcionó:
- Inyectaron el solvente con exactamente la cantidad de sustancias necesaria para saturar precisamente la solución.
- Esto provocó la formación simultánea de diminutos “embrión” cristalinos.
- La inyección más fría permitió detener inmediatamente la formación del cristal.
- Luego elevaron progresivamente la temperatura, permitiendo que se formaran cristales progresivamente más grandes.
- Este paso permitió que el solvente diera a los cristales una superficie lisa y uniforme, mejorando las propiedades ópticas resultantes.
Fuente: Premio Nobel
Este método resultó en un cristal de punto cuántico casi perfecto. Más importante, era fácil de usar, de modo que más químicos pudieran comenzar a producir puntos cuánticos e investigar aplicaciones potenciales.
Un Nuevo Estado Revolucionario de la Materia
Lo que hizo que los puntos cuánticos fueran tan impresionantes es que cambiaron por completo la forma en que podemos usar la tabla periódica de los elementos.
En la tabla periódica de Mendeleev, los elementos se clasifican según su masa atómica y propiedades químicas. Estas propiedades están mayormente impulsadas por el comportamiento de las nubes electrónicas alrededor de los núcleos de cada átomo.
Fuente: Britannica
Al modificar la forma en que los electrones de un elemento se comportan, los puntos cuánticos esencialmente dieron una dimensión completamente nueva a la tabla periódica de los elementos. Así, el descubrimiento y la producción masiva de puntos cuánticos es comparable al descubrimiento de materiales totalmente nuevos, con propiedades eléctricas y químicas inéditas.
Esto recuerda un poco a otros materiales con propiedades únicas, como los nanotubos o las crecientes series de potenciales materiales 2D que podrían cambiar la civilización, como el grafeno, el borofeno y el goldene.
Fuente: Ossila
Aplicaciones de los Puntos Cuánticos
QLED
Una de las mayores aplicaciones actuales de los puntos cuánticos es la tecnología QLED (Quantum dot LED).
En ella, los puntos cuánticos convierten la luz azul en rojo o verde, permitiendo la creación de pantallas con colores vivos usando solo una fuente de luz (la luz azul es emitida por LED de luz azul, un descubrimiento premiado con el Premio Nobel en 2014, del que hablamos anteriormente).
Los puntos cuánticos también se usan para mejorar la luz de los LED convirtiendo la luz más fría en un color más agradable.
Señal Óptica
Mientras la mayoría de los puntos cuánticos hoy en día usan la solución basada en solvente de Brus & Bawendi, los cristales incrustados descubiertos por Yekimov todavía se usan, por ejemplo para amplificación de señal en sistemas de comunicación por fibra óptica.
Los puntos cuánticos producidos por otro método fueron descubiertos más tarde (método de crecimiento Stranski‑Krastanov) y son, por ejemplo, usados en láseres de puntos cuánticos para comunicación óptica.
Bioquímica
Debido a sus colores muy únicos y distintivos, los puntos cuánticos pueden usarse como marcadores para rastrear cosas a nivel microscópico.
Una aplicación es que los bioquímicos puedan adjuntar los puntos cuánticos a biomoléculas como virus, ADN o proteínas, permitiendo rastrear su movimiento y acumulación con un microscopio de fluorescencia simple.
Fuente: Sigma Aldrich
Medicina
Debido a su potencial de imagen, los puntos cuánticos pueden usarse para rastrear tejido tumoral en el cuerpo al unir los puntos cuánticos a moléculas que se unen solo a células cancerosas.
Fuente: Degruyter
Un campo emergente de la medicina que usa los puntos cuánticos y su capacidad para “detectAR” el cáncer es la fototerapia. En ella, los médicos usan los puntos cuánticos para absorber luz y producir ya sea calor o químicos reactivos que causan la muerte de las células tumorales circundantes.
Sin embargo, se requiere más investigación para usar rutinamente los puntos cuánticos en medicina, ya que pueden causar efectos secundarios no deseados, como dañar células sanas, degradarse o aglomerarse en el cuerpo, y ser eliminados pobremente por los riñones.
Catalizadores Químicos
El descubrimiento de los puntos cuánticos comenzó con la búsqueda de Louis Brus de mejores catalizadores, compuestos que pueden acelerar o hacer posibles reacciones químicas que de otro modo serían lentas.
Y podría seguir siendo una de las aplicaciones clave de los puntos cuánticos, gracias a su capacidad de absorber luz para impulsar reacciones químicas que no ocurrirían de otro modo.
Fuente: ACS
Esto podría usarse para dividir el agua en hidrógeno, reducir CO₂ en compuestos hidrocarburos, y potenciar otras reacciones químicas.
Los nanotubos de carbono, el fullereno y el grafeno son puntos cuánticos de carbono frecuentemente usados como fotocatalizadores debido a sus propiedades avanzadas como solubilidad en agua, fotoluminiscencia ajustable, baja toxicidad biológica y facilidad de funcionalización superficial.
Energía
Porque los puntos cuánticos son, en última instancia, un material semiconductor, con bandas prohibidas variables según su tamaño, tienen un fuerte potencial para aplicación en la creación de mejores células solares.
Fuente: Degruyter
La principal ventaja que los puntos cuánticos aportarían a las células solares es que podrían ampliar el espectro solar que puede convertirse en energía (las células solares de silicio solo convierten en energía los fotones de mayor energía, “perdiendo” el 70‑75 % de la energía del Sol).
Así, mientras los paneles solares convencionales probablemente progresen hasta un máximo de 30‑35 % de eficiencia de conversión, los paneles solares de puntos cuánticos tienen un máximo teórico de 66 % de eficiencia (ver abajo sobre QD Solar).
Computadoras Cuánticas
En la carrera por crear computadoras cuánticas más grandes y más potentes (que investigamos en “El Estado Actual de la Computación Cuántica”), los puntos cuánticos podrían ser una herramienta valiosa.
Podrían usarse como el componente base del computador, el Qubit. O podrían formar parte del sistema usado para localizar y detectar un solo spin, así como ser una buena fuente de fotones individuales.
Porque la producción de puntos cuánticos ahora está bien comprendida y relativamente barata, los diseños que dependan de ellos podrían ayudar a llevar las computadoras cuánticas a una escala de producción masiva y reducir su precio.
Invertir en Puntos Cuánticos & Nanotecnología
QLED es actualmente el mayor mercado para los puntos cuánticos, con el gigante conglomerado coreano Samsung (su rama Samsung Electronics – SSNLF) líder del mercado.
Sin embargo, los propios puntos cuánticos son una parte relativamente pequeña del negocio total, ya que la compañía también está activa en todo tipo de semiconductores (memoria, chips, sensores, 5G, etc.). Por lo tanto, los puntos cuánticos no son realmente el núcleo del negocio.
Puede invertir en empresas de puntos cuánticos & nanotech a través de muchos brokers, y puede encontrar aquí, en securities.io, nuestras recomendaciones para los mejores brokers en EE. UU., Canadá, Australia, el Reino Unido, así como muchos otros países.
Si no está interesado en seleccionar empresas de puntos cuánticos y nanotecnología, también puede considerar ETFs de nanotecnología como el ProShares Nanotechnology ETF (TINY) o el Direxion Nanotechnology ETF (TYNE) que le proporcionarán una exposición más diversificada para capitalizar en acciones de puntos cuánticos y nanotecnología.
O puede consultar nuestra lista de los “Top 10 Acciones de Nanotecnología”.
Empresas de Puntos Cuánticos & Nanotecnología
1. Nanoco Group (NANO.l)
Listado en la Bolsa de Valores de Londres bajo el ticker NANO, Nanoco se especializa en el desarrollo y fabricación de puntos cuánticos y otros nanomateriales.
La empresa es pionera en puntos cuánticos sin cadmio, con 375 patentes y una asociación de licencia con Samsung. Esto cerró un litigio de 2 años con Samsung de 2021‑2023 sobre derechos de propiedad intelectual, que finalmente resultó en que Nanoco recibiera 90 M USD de Samsung.
Por lo tanto, puede proporcionar una forma de invertir en puntos cuánticos similar a Samsung, pero con un enfoque más fuerte en esta tecnología en particular.
Mientras la empresa se centra mayormente en aplicaciones de LED (OLED, μLEDs, QD‑EL), también está investigando nuevos mercados, como, por ejemplo, el etiquetado de seguridad para billetes.
Fuente: Nanoco
Otro sector en el que la empresa está invirtiendo son los puntos cuánticos infrarrojos, con Heatwave. Debería permitir sensores infrarrojos muy precisos. Entre las posibles aplicaciones están:
- Reconocimiento facial biométrico.
- Diagnóstico óptico (mediciones de niveles de O₂, bilirrubina y glucosa).
- LIDAR
- Visión nocturna.
La empresa solo está comenzando a comercializar su tecnología con dos pedidos de producción comercial en 2024.
La tecnología sin cadmio de los puntos cuánticos de Nanoco podría hacer una aplicación muy sólida para usos médicos y biotecnológicos, que suelen ser menos receptivos a los puntos cuánticos basados en metales pesados.
2. QD Solar / SunDensity Canada
QD Solar, un desarrollador de paneles solares de puntos cuánticos y líder en esta tecnología, fue recientemente adquirido por SunDensity Canada, un productor de paneles solares.
Esta adquisición podría ser un cambio de juego en la tecnología solar.
Por un lado, la tecnología QD solar permite una mayor eficiencia mediante el uso de puntos cuánticos. Esto permite que el panel utilice la longitud de onda infrarroja para producir electricidad, con perovskita utilizada para absorber los fotones de alta energía del espectro visible.
Fuente: QD Solar
Por otro lado, la tecnología SunDensity usa recubrimientos nanoespeciales para proteger los paneles solares de la degradación inducida por UV, en lugar de convertir la luz UV en más electricidad.
El “enfoque activo” de QD Solar se logra mediante la adición de una capa de perovskita en tándem con una celda PV de silicio. El “enfoque pasivo” de SunDensity implica recubrimientos que desplazan eficientemente la energía de la luz solar incidente a un rango más utilizable para que los paneles solares la absorban.
Las tecnologías son complementarias con el potencial de lograr más de 40 % de eficiencia del módulo cuando se combinan.
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Así, la combinación de usar en el mismo panel solar perovskita (fotones visibles de alta energía), recubrimientos nano (luz UV) y puntos cuánticos (fotones infrarrojos) podría alcanzar la máxima eficiencia posible para un panel solar.
Fuente: QD Solar
La perspectiva de paneles solares de próxima generación con una eficiencia del 40 % y aún más adelante podría ser un factor decisivo para la industria.
Los paneles solares de alta eficiencia y más duraderos podrían ser especialmente valiosos para aplicaciones exigentes como energía solar basada en el espacio.
