Punto cuántico
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Puntos cuánticos (qdots o quantum dots en inglés). Conocidos también como átomos artificiales, son semiconductores en la escala nanométrica usados como pruebas fluorescentes en microscopia (de luz y microscopia electrónica).
Definición
Un punto cuántico es una estructura cristalina a nanoescala que puede transformar la luz. El punto cuántico (Quantum dot) es llamado en ocasiones transistor de un solo electrón (single–electrón–transistor), bit cuántico (quantum bit), o qubit; se podría definir como una partícula de materia tan pequeña que la adición de un único electrón produce cambios en sus propiedades.
Composición
Los puntos cuánticos son nanocristales compuestos de materiales semiconductores inorgánicos, como CdSE, InGaP, carbón y silicón, en el cual se pueden crear y confinar pares de hoyo–electrón.
Los puntos cuánticos usualmente se cubren en sulfuro de zinc para mejorar la intensidad fluorescente (al confinar más los pares electrón-hoyo) y después se cubren en un escudo soluble al agua, biocompatible para habilitar la entrada y retención por las células.
La firma Quantum Dots Corp controla un número de patentes para la producción de puntos cuánticos (quantum dots).
Propiedades
El atributo cuántico sirve para recordar que el comportamiento del electrón en tales estructuras debe ser descrito en términos de la teoría cuántica. Los átomos son ejemplos de puntos cuánticos. Estructuras hechas de unos pocos cientos de átomos también son puntos cuánticos (cadmium selenideo, nanocristales de gallium arsenide, clusters), por sus características se trabaja a a escala manométrica. La presencia de un único electrón en tales estructuras puede ser utilizada para almacenar información (esta es la explicación de uno de los nombres alternativos: qubits).
En el mundo macroscópico, los puntos cuánticos pueden tener el aspecto de una simple pastilla plana, o estar disueltos en un líquido. Nadie sospecharía que esa sustancia ha sido construida en el laboratorio partiendo de unos pocos átomos, con técnicas que manipulan la materia a escalas de nanómetros. A esas dimensiones el material se convierte en una matriz sobre la que han crecido estructuras, como pirámides o montañas, formadas por unos pocos cientos o miles de átomos. Esas estructuras son los puntos cuánticos. Lo especial es que, en ellos, los electrones están obligados a permanecer atrapados, confinados en las tres dimensiones, y eso genera curiosos fenómenos cuánticos. En concreto, los electrones se disponen en el punto como en un único átomo, de ahí el apodo átomos artificiales. Y de ahí, también, el que la materia estructurada en puntos cuánticos tenga propiedades que pueden ser controladas a voluntad.
Una de ellas es que, al ser iluminados, los puntos cuánticos reemiten luz en una longitud de onda muy específica y que depende del tamaño del punto cuántico. Cuanto más pequeños sean los puntos, menor es la longitud de onda y más acusadas las propiedades cuánticas de la luz que emiten
Aplicaciones
El punto cuántico se considera que tiene mayor flexibilidad que otros materiales fluorescentes, lo que lo hace apropiado para utilizarlo en construcciones a nanoescala de aplicaciones computacionales donde la luz es utilizada para procesar la información. Tienen un sinfín de aplicaciones en áreas tan variadas como las telecomunicaciones, la computación cuántica, la seguridad o la biomedicina.
Hay una aplicación obvia: la optoelectrónica. Con los puntos cuánticos de materiales semiconductores, como arseniuro de indio y fosfuro de indio, se fabrican diodos láser emisores de luz más eficientes que los usados hoy en lectores de CD, de códigos de barras y demás.
Además se abren muchas más posibilidades: en células fotovoltaicas, en telecomunicaciones, en seguridad —en billetes o documentos, en los que se embeben puntos cuánticos invisibles a simple vista—, en criptografía cuántica, o en computación cuántica, en la que los puntos cuánticos proporcionarían las unidades de información, los qubits, de los aún hipotéticos ordenadores cuánticos de enorme capacidad de cálculo.
