¿Qué es un punto cuántico?

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Por Earl Boysen, Nancy C. Muir, Desiree Dudley, Christine Peterson

Cualquier material a nanoescala es una nanopartícula, el material utilizado por los investigadores en nanotecnología para explorar nuevos usos de los elementos en esta diminuta forma. Un punto cuántico es una nanopartícula hecha de cualquier material semiconductor como el silicio, seleniuro de cadmio, sulfuro de cadmio o arseniuro de indio.

Los puntos cuánticos pueden aumentar la eficiencia de las células solares. En las células solares normales, un fotón de luz genera un electrón. Los experimentos con puntos cuánticos de silicio y de sulfuro de plomo pueden generar dos electrones para un solo fotón de luz. Por lo tanto, el uso de puntos cuánticos en las células solares podría aumentar significativamente su eficiencia en la producción de energía eléctrica.

Los investigadores también están trabajando en el uso de puntos cuánticos en pantallas para aplicaciones que van desde su teléfono celular hasta televisores de pantalla grande que consumirían menos energía que las pantallas actuales. Al colocar puntos cuánticos de diferentes tamaños en cada píxel de una pantalla de visualización, los colores rojo, verde y azul utilizados para generar el espectro completo de colores estarían disponibles.

Los puntos cuánticos son nanopartículas semiconductoras que brillan un color en particular después de ser iluminadas por la luz. El color que brillan depende del tamaño de la nanopartícula.

Cuando los puntos cuánticos son iluminados por la luz UV, algunos de los electrones reciben suficiente energía para liberarse de los átomos. Esta capacidad les permite moverse alrededor de la nanopartícula, creando una banda de conducción en la que los electrones están libres para moverse a través de un material y conducir la electricidad.

Cuando estos electrones vuelven a caer en la órbita exterior alrededor del átomo (la banda de valencia), emiten luz. El color de esa luz depende de la diferencia de energía entre la banda de conducción y la banda de valencia.

Electrones en un punto cuántico generando luz.

Cuanto más pequeña es la nanopartícula, mayor es la diferencia de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción, lo que da como resultado un color azul más intenso. Para una nanopartícula más grande, la diferencia de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción es menor, lo que desplaza el brillo hacia el rojo.

Muchas sustancias semiconductoras pueden utilizarse como puntos cuánticos. Las nanopartículas de cualquier otra sustancia semiconductora tienen las propiedades de un punto cuántico. La separación entre la banda de valencia y la banda de conducción, que está presente en todos los materiales semiconductores, hace que los puntos cuánticos se vuelvan fluorescentes.

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