Pontos quânticos – um novo ganhador do Nobel descreve o desenvolvimento dessas nanopartículas desde a pesquisa básica até a aplicação na indústria

O Prêmio Nobel de Química de 2023 vai para três cientistas “pela descoberta e síntese de pontos quânticos”. O podcast Conversation Weekly conversou com um desse trio, o físico-químico Louis Brus, que fez um trabalho fundamental para descobrir que as propriedades dessas nanopartículas dependem de seu tamanho. O telefone de Brus estava desligado quando os representantes do Nobel ligaram para informá-lo das boas notícias, mas agora muitas pessoas conseguiram dar-lhe parabéns e conselhos. Abaixo estão trechos editados do podcast.

Quando você trabalhava no Bell Labs na década de 1980 e descobriu os pontos quânticos, foi uma espécie de acidente. Você estava estudando soluções de partículas semicondutoras. E quando você apontou os lasers para essas soluções, chamadas colóides, percebeu que as cores que elas emitiam não eram constantes.

No primeiro dia fizemos o colóide, às vezes o espectro era diferente. Segundo e terceiro dia, foi normal. Certamente houve uma surpresa quando vi pela primeira vez esta mudança no espectro. E então comecei a tentar descobrir o que diabos estava acontecendo com isso.

Percebi que a propriedade da própria partícula começou a mudar em um tamanho muito pequeno.

O que você encontrou foi um ponto quântico: um tipo de nanopartícula que absorve luz e a emite em outro comprimento de onda. Crucialmente, a cor destas partículas muda dependendo do tamanho real da partícula. Como você vê um cristal de ponto quântico, já que ele tem apenas algumas centenas de milésimos da largura de um fio de cabelo humano?

Bem, você não pode vê-los com um microscópio óptico porque são menores que o comprimento de onda da luz. Também existem maneiras de vê-los, usando outros tipos de microscópios especializados, como o microscópio eletrônico. E uma maneira comum de demonstrá-los é alinhar uma fileira de frascos de vidro coloridos, cada um com uma solução de pontos quânticos de tamanhos diferentes dentro deles.

Um de seus colegas laureados, Alexei Ekimov, era um cientista russo e ele realmente observou pontos quânticos em vidro colorido, mas você não estava ciente de suas descobertas na época?

Sim está certo. A Guerra Fria estava acontecendo naquela época, e ele publicou na literatura russa, em russo. E ele não foi autorizado a viajar para o Ocidente para falar sobre seu trabalho.

Perguntei a todos os físicos: havia algum trabalho com partículas pequenas? Eu estava tentando fazer um modelo dos efeitos do tamanho quântico. E eles me disseram que não, ninguém está realmente trabalhando nisso. Ninguém tinha visto seus artigos, basicamente.

Fiz parte da comunidade química dos EUA, fazendo química sintética em laboratório. Ele estava na indústria do vidro na União Soviética, trabalhando com tecnologia industrial.

Quando finalmente encontrei os seus artigos na literatura tecnológica, escrevi uma carta à União Soviética, juntamente com os meus documentos, apenas para cumprimentar Ekimov e os seus colegas. Quando a carta chegou, a KGB veio falar com os cientistas russos, tentando descobrir porque é que eles tinham qualquer contacto com alguém no Ocidente. Mas, na verdade, eles nunca tinham falado comigo ou com qualquer pessoa no Ocidente quando a minha carta chegou pelo correio.

Você o conheceu desde então?

Sim, eles conseguiram sair da União Soviética durante a Glasnost, isto seria no final da década de 1980. Há Ekimov e também seu colaborador teórico Sasha Efros, que agora trabalha no Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA. Eu os conheci assim que eles vieram para os EUA

Ouça a entrevista com Louis Brus no podcast Strong The One Weekly. Toda semana, especialistas acadêmicos nos contam sobre as descobertas fascinantes que estão fazendo para compreender o mundo e as grandes questões que ainda tentam responder.

Um dos problemas com os pontos quânticos, quando você os observou pela primeira vez, foi como realmente produzi-los e mantê-los estáveis. Depois, na década de 1990, o seu colega laureado, Moungi Bawendi, descobriu isto. Qual você acha que foi a coisa mais impressionante que você viu usando pontos quânticos até agora?

Normalmente, quando um novo material é inventado, leva muito tempo para descobrir para que ele realmente serve. Cientistas pesquisadores, eles têm ideias, você pode usá-las para isso, você pode usá-las para aquilo. Mas então, se você conversar com pessoas da indústria real, que lidam todos os dias com problemas de fabricação, essas ideias muitas vezes não são muito boas.

Mas o conhecimento que adquirimos, os princípios científicos, poderiam ser usados ​​para ajudar a conceber novos dispositivos.

Já nas primeiras aplicações, as pessoas começaram a tentar utilizá-los em imagens biológicas. Os bioquímicos atribuem pontos quânticos a outras moléculas para ajudar a mapear células e órgãos. Eles até foram usados ​​para detectar tumores e para ajudar a orientar os cirurgiões durante as operações.

E à medida que os cientistas continuavam a trabalhar para sintetizar os pontos quânticos, a qualidade das partículas continuava a melhorar. Eles estavam emitindo cores puras, em vez de distribuições de luz – como talvez vermelho com um pouco de verde, ou talvez vermelho com um pouco de rosa. Quando você obtivesse uma partícula melhor, ela seria apenas vermelha pura, por exemplo.

Então as pessoas fizeram a conexão com a indústria de monitores – monitores de computador e monitores de televisão. Nesta aplicação, você deseja converter eletricidade em três cores: vermelho, verde e azul. Você pode criar qualquer tipo de imagem, começando apenas com essas três cores em proporções diferentes.

É preciso muita coragem. Você tem que investir muito dinheiro para desenvolver a tecnologia e talvez no final ela não seja boa o suficiente e não substituirá o que você já tem. E há muito crédito devido à Samsung Corporation no Japão. Centenas de bilhões de dólares foram investidos na tecnologia dessas partículas para levá-las ao ponto em que pudessem começar a fabricar monitores e TVs de tela plana usando pontos quânticos.

Seu trabalho é um exemplo da importância da pesquisa básica, de ser curioso, de tentar resolver mistérios sem um determinado ponto final ou aplicação industrial à vista. Que mensagem você daria para um jovem químico que começa hoje a trabalhar nessa pesquisa básica?

O mundo é um lugar enorme e você poderia fazer pesquisas básicas em um grande número de áreas diferentes. Você quer escolher um problema em que, se for espetacularmente bem-sucedido e realmente descobrir algo realmente interessante, ele poderá ter alguma aplicação no mundo.

Para o bem ou para o mal, você tem que fazer uma escolha no início, e isso requer alguma intuição.

Uma boa maneira de fazer isso é escolher um assunto que você sabe que é importante para a tecnologia, mas que não há compreensão da ciência no momento. É uma caixa preta completa. Ninguém entende os princípios básicos. Esse tipo de problema, você pode começar a desmontá-lo e ver quais são as etapas básicas.

O que muda para você agora que ganhou o Prêmio Nobel?

Bem, este Prémio Nobel, para o bem ou para o mal, tem um significado especial na mente das pessoas em todo o mundo. Ontem, quando o carteiro chegou, eu estava na porta da frente e ele me reconheceu porque meu rosto estava no jornal local. E ele disse: “Nunca apertei a mão de um ganhador do Nobel antes”.

Para o bem ou para o mal, é aqui que estou agora, numa categoria especial, goste ou não. Ainda tenho meu escritório na universidade, mas não tenho grupo de pesquisa. Estou tentando deixar isso para os mais jovens. Portanto, este reconhecimento provavelmente significa menos para a minha investigação do que significaria se eu tivesse 40 anos.

Recebi parabéns por e-mail de diversas pessoas que ganharam o prêmio nos últimos anos. A principal recomendação deles é que você aprenda a dizer não. As pessoas vão pedir que você faça todo tipo de loucura, e seu tempo será inteiramente ocupado com essas visitas honoríficas à universidade e com pequenos discursos. Para ter uma vida real e ser produtivo, você precisa dizer não a todos esses convites estranhos.

E também me disseram para me divertir na Suécia! É uma programação de eventos extremamente elaborada para aquela semana de dezembro, quando acontecerá a cerimônia de premiação. Extremamente chique. A cultura americana, a cultura da física é diferente – se você ganhar um prêmio da American Physical Society, é um evento muito discreto. Você simplesmente aparece em um auditório. Não é nem necessário usar terno.

Então vou levar minha família, meus netos para a Suécia e tentaremos aproveitar isso como ótimas férias.