Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Argonne de EE.UU. ha realizado un avance significativo en el estudio de los puntos cuánticos, estructuras nanoscópicas que presentan propiedades ópticas y electrónicas únicas. Este estudio se centra en cómo la luz puede influir en la disposición de los átomos en estos diminutos cristales, específicamente en los puntos cuánticos de sulfuro de plomo, lo que podría abrir nuevas posibilidades en la creación de materiales con propiedades personalizadas.
Los puntos cuánticos, que son cristales semiconductores extremadamente pequeños, se caracterizan por su capacidad para cambiar sus propiedades en función de su estructura atómica. Al igual que un torre de Lego que puede ser alterada por el movimiento de sus bloques, la exposición a fuerzas externas puede provocar un cambio en la simetría de estos cristales, lo que a su vez afecta sus características electrónicas y ópticas. La investigación ha demostrado que es posible inducir intencionadamente una ruptura de simetría—o incluso una restauración de la misma—en los puntos cuánticos, utilizando luz para manipular la disposición atómica.
Impacto de la Luz en la Simetría de los Puntos Cuánticos
Tradicionalmente, se esperaba que el sulfuro de plomo adopte una estructura cúbica simétrica, similar a la del sal común. Sin embargo, estudios anteriores habían indicado que los átomos de plomo en estos cristales no estaban perfectamente alineados, lo que resultaba en una configuración menos simétrica. Según el físico Richard Schaller, «Cuando las simetrías cambian, se pueden alterar las propiedades de un material, casi como si fuera un material completamente nuevo». Este fenómeno ha suscitado un gran interés en la comunidad científica, que busca formas de crear estados de la materia que no se pueden producir bajo condiciones normales.
Los investigadores utilizaron técnicas avanzadas de láser y rayos X para observar cómo la estructura de los puntos cuánticos de sulfuro de plomo cambiaba al ser expuesta a la luz. En el Laboratorio Nacional SLAC, emplearon la Difracción de Electrones Ultrafast con Megaelectronvoltios (MeV-UED) para estudiar el comportamiento de estos puntos cuánticos en intervalos de tiempo extremadamente cortos, incluso de hasta un billonésimo de segundo. Por su parte, en la Fuente de Fotones Avanzada (APS) del Laboratorio Argonne, llevaron a cabo experimentos de dispersión de rayos X total ultrarrápidos para analizar cambios estructurales temporales en escalas de tiempo aún más breves.
Los resultados revelaron que, al ser expuestos a pulsos cortos de luz, los puntos cuánticos pasaban de un estado desordenado a uno más organizado. «Cuando los puntos cuánticos absorben un pulso de luz, los electrones excitados provocan que el material se reordene en una disposición más simétrica», explicó Burak Guzelturk, físico en la APS. Esta restauración de la simetría tiene un impacto directo en las propiedades electrónicas de los puntos cuánticos, con una notable disminución en la energía de banda, que es crucial para la conductividad eléctrica del material.
Además, los investigadores exploraron cómo el tamaño de los puntos cuánticos y su química superficial influían en estos cambios temporales de simetría. Al ajustar estos parámetros, se podría controlar la simetría y afinar las propiedades ópticas y electrónicas de los puntos cuánticos, lo que representa un avance significativo en la nanociencia y la tecnología.
Esta investigación, publicada en la revista Advanced Materials, abre un abanico de posibilidades para el desarrollo de nuevos materiales y dispositivos tecnológicos que podrían transformar campos como la electrónica y la imagen médica. Así como las piezas de Lego pueden ser ensambladas en infinitas configuraciones, los científicos están aprendiendo a «construir» puntos cuánticos con las propiedades deseadas, allanando el camino hacia innovaciones que antes parecían inalcanzables.
