Prémio Nobel da Química 2023: Descoberta e Síntese de Pontos Quânticos

Os cientistas

Moungi G. Bawendi, de origem franco-tunisina, desde muito jovem que viveu nos Estados Unidos, onde se formou em química. Começou o seu percurso académico na Universidade de Harvard, e mais tarde durante o seu doutoramento na Universidade de Chicago, especializou-se no estudo do catião trihidrogénio (H₃⁺). É, desde 1986 chefe do seu próprio grupo de investigação no instituto de tecnologia de Massachussets, conhecido mundialmente como MIT, que em 1993 desenvolveu o método de síntese de Quantum Dots mais consagrado — o método de rápida injeção.

Louis E. Brus é um investigador estadunidense nascido em 1943, que fez a sua formação na William Marsh Rice University, no estado do Texas, e na Universidade de Coloumbia. Em 1973, foi convidado para a AT&T Bell Laboratories, uma empresa de investigação científica e industrial pertencente à empresa finlandesa Nokia, onde o seu trabalho levou à descoberta dos Quantum Dots. Em 1996, tornou-se professor na Universidade de Coloumbia.

Alexey I. Ekimov, oriundo da antiga União Soviética, onde fez a sua formação, é um especialista em física do estado sólido, nomeadamente no estudo da matéria no estado sólido e suas características, tendo como um dos seus focos o estudo de semicondutores (materiais com capacidades condutores inferiores a condutores como os metais, mas superiores a isoladores como a borracha). Alexey é creditado com a descoberta dos Pontos Quânticos, durante a investigação que levava a cabo na Instituto de Ótica do Estado de Vavilov, em São Petersburgo. Vive desde 1999, nos Estados Unidos, onde em 2006 recebeu o prémio de R. W. Wood devido à descoberta destes nanocristais semicondutores e o estudo das suas propriedades elétricas e óticas.

Moungi Bawendi, Louis Brus and Alexei Ekimov. Ilustração de Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach

O que descobriram os cientistas?

Uma das presunções do estudo das nanociências, é que, à nanoescala (escala da matéria inferior a 100 nanómetros), a matéria obtém propriedades distintas, dependentes do seu tamanho, que podem ser estudadas e aplicadas nas mais diversas situações. Os Quantum Dots, materiais semicondutores que apresentam dimensões entre 1,5 e 10 nanómetros, vieram trazer uma nova dimensão ao estudo das nanopartículas, visto que existem num estado intermédio entre o granel (bulk em inglês) e o molecular. Estas partículas apresentam a mesma composição química que o material a granel, mas as suas características, como o ponto de fusão e, principalmente, a cor emitida por fluorescência, dependem apenas do seu tamanho. Isto deve-se a um fenómeno denominado de quantum effect, no qual presunções da física clássica são incapazes de prever certos acontecimentos, obrigando-nos a recorrer à física quântica.

São, essencialmente, as propriedades óticas destes nanocristais, provenientes da sua fluorescência, que os levaram a ser um ponto focal da evolução da nanotecnologia, uma vez que ligeiras diferenças no tamanho de um Ponto Quântico podem originar diferenças significativas na cor que este emite quando é submetido a radiação ultravioleta.

Após a sua descoberta por Alexey I. Ekimov, nos anos 80, seguiu-se a comprovação da dependência do seu tamanho por Louis E. Brus e, nos anos 90, otimização do processo de síntese por Moungi G. Bawendi,  altura em que os Pontos Quânticos ganharam cada vez mais dimensão na investigação científica e em aplicações do quotidiano.

Para que serve na prática esta tecnologia?

Como em diversos outros ramos da química, é possível encontrar vestígios da sua utilização por outros seres humanos há séculos ou até há um milénio atrás, mesmo que de um modo involuntário. Com os Quantum Dots o mesmo se verifica: o estudo de uma receita de escurecimento do cabelo concebida no período Greco-Romano levou à conclusão de que este efeito é alcançado devido à formação de nanocristais de Chumbo e Enxofre, com 5 nanómetros, dentro da estrutura capilar.

Atualmente, estes nanocristais semicondutores estão presentes numa enorme diversidade de ramos de investigação e da indústria, principalmente devido às suas capacidades fluorescentes. Mais especificamente, são utilizados para conceber luzes LED, mas têm inúmeras aplicações em ramos desde a biomedicina até à conceção de painéis fotovoltaicos.

O anúncio dos vencedores

O Prémio Nobel da Química foi oficialmente anunciado na manhã de 3 de outubro, em Estocolmo, na Suécia, com transmissão ao vivo pelas 11h45, hora local (10:45 GMT).

Contudo, horas antes, os nomes dos eventuais vencedores já haviam sido enviados por email para um jornal sueco, apesar de que, de acordo com Johan Åqvist, presidente do Comitê Nobel de Química, à hora de envio do email ainda não se ter decidido ainda quem viriam a ser os vencedores do prémio.

Dadas as diferenças dos fusos horários, todos os investigadores galardoados estavam a dormir na altura da atribuição do vencedor. Foram eventualmente contactados pela organização Nobel, dando todos curtas entrevistas por meio telefónico, que podem ser encontradas no canal do Youtube da organização,  “Nobel Prize”.

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Texto por Miguel Amaro. Revisto por Diana Cunha e Joana Silva.