Il Premio Nobel per la Chimica 2023 è stato assegnato a tre pionieri della ricerca sui Quantum Dots: Alexei I. Ekimov, nato nel 1945 nell’Ex Unione Sovietica, scienziato al Nanocrystals Technology Inc. di New York (USA). Louis E. Brus, nato a Cleveland nel 1943, professore alla Columbia University di New York (USA). Moungi G. Bawendi, nato a Parigi nel 1961, insegna al Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge (USA).
Questi scienziati, provenienti da diverse discipline, hanno rivoluzionato il campo della nanotecnologia, della chimica e della fisica quantistica, aprendo la strada a una serie di applicazioni pratiche.
Nel 1959, il premio Nobel per la fisica Richard Feynman ipotizzò la possibilità di manipolare la materia a livello atomico realizzando dispositivi operanti su scala nanometrica (nm, cioè un miliardesimo di metro). È stato l’inizio della nanotecnologia che a oggi ha fatto progressi straordinari, confermando quella che a quel tempo sembrava solo una previsione visionaria e fantascientifica.
I protagonisti di questo settore della ricerca sono i nanomateriali. Si tratta, come recentemente definito dalla Comunità Europea, di materiali naturali, derivati o fabbricati contenenti particelle allo stato libero, aggregato o agglomerato, in cui almeno il 50% delle particelle ha una o più dimensioni esterne comprese fra 1 nm e 100 nm.
I nanomateriali mostrano proprietà chimico fisiche affascinanti e insolite che non compaiono a livello di dimensioni superiori pur considerando la stessa composizione chimica. Questo perché il mondo «nano» è una terra di mezzo in cui le leggi della fisica classica cominciano a non funzionare più e risultano inadeguate, ed emergono fenomeni che possono essere interpretati solo con la meccanica quantistica.
I Quantum Dots (la traduzione letterale in italiano «punti quantici» è poco utilizzata) fanno parte della famiglia dei nanomateriali e devono il loro nome al fisico Mark Red nel 1986. I Quantum Dots sono cristalli di dimensioni nanometriche che mostrano proprietà semiconduttive quando composti da combinazioni di metalli di transizione e elementi non metallici, per esempio seleniuro di cadmio e tellururo di cadmio. Poiché sono così piccoli (solo 2-10 nm di diametro) gli elettroni di un Quantum Dot sperimentano il confinamento quantico in tutte e tre le dimensioni spaziali. Cambiare le dimensioni di un Quantum Dot ne modifica le proprietà, in particolare quelle ottiche, il che significa che possono essere ottenuti con colori diversi.
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Mariacecilia Pasini
(Ricercatrice presso Istituto di Scienze e Tecnologie Chimiche “Giulio Natta”, SCITEC-CNR)
Umberto Giovanella
(Ricercatore presso Istituto di Scienze e Tecnologie Chimiche “Giulio Natta”, SCITEC-CNR)