CASTELLÓ. Hace más de un siglo que la naturaleza cuántica empezó a ser revelada y explicada por científicos como Max Planck, Albert Einstein, Ernest Rutherford o Niels Bohr, cuando se plantearon diferentes preguntas que no podían ser explicadas con las leyes tradicionales de la física. La Academia Sueca reconoció en 2023 con el Nobel de Química a tres investigadores de esta área científica (Moungi Bawendi, Louis Brus y Alexei Ekimov) por el descubrimiento y la síntesis de puntos cuánticos, fundamentales en nanotecnología para la tecnología QLED de las televisiones o el mapeo de tejido biológico.
Los puntos cuánticos son cristales semiconductores de tamaño nanoscópico y su comportamiento viene determinado por las leyes de la mecánica cuántica. Esto les ofrece propiedades ópticas y electrónicas inusuales, como emitir luz de diferentes colores —según su tamaño— cuando se estimulan con luz o electricidad. Su estudio básico de las primeras décadas (1990-2010) ha dado lugar a tecnología de mercado, como dispositivos emisores de luz que hoy en día se utilizan en pantallas de televisión y móviles.
En 2024, un equipo de investigación de la ETH Zurich demostró una nueva propiedad de interés en los puntos cuánticos: la superradiancia. La superradiancia es un fenómeno cuántico donde, bajo determinadas condiciones, los átomos se organizan de forma colectiva para emitir luz de forma sincronizada y mucho más intensa de lo habitual. Este estudio, publicado en la revista Nature, utilizaba luz de baja intensidad (excitones) para estimular la emisión.
El estudio actual
Ahora, el binomio formado por el equipo de investigación de la ETH Zurich y la Universitat Jaume I de Castelló ha demostrado que estimular con luz de alta intensidad (biexcitones) también origina superradiancia. El estudio, publicado en la prestigiosa revista Advanced Materials, ha comparado los resultados con excitones y biexcitones en puntos cuánticos de tamaño creciente y la conclusión ha sido que, en contra de lo previsto, la superradiancia hace más brillante la emisión de excitones que la de biexcitones. Esta conclusión obliga a revisar investigaciones anteriores que sistemáticamente habían asumido lo contrario.
El Grupo de Química Cuántica de la universidad pública de Castelló, que según explica su coordinador, el investigador Natxo Climente, ya había predicho teóricamente en 2022 que los biexcitones podían ser menos brillantes que los excitones en semiconductores suficientemente grandes, lo que era «un resultado sorprendente». Un año después empezaron a trabajar con el equipo de Gabriele Rainó (ETH Zurich), quienes sintetizaron puntos cuánticos de tamaño creciente (mayor número de átomos acoplados emitiendo) para comparar la emisión bajo luz de baja y alta intensidad.
Las nuevas aplicaciones
La publicación ha contado, además de la contribución del profesor Climente, con las aportaciones de Josep Planelles, del mismo grupo de investigación, y del profesor José L. Movilla, del Departamento de Educación y Didácticas Específicas. La investigación se enmarca en el proyecto «Next Generation Quantum Dots: Electronic Structure and Dynamics» del Plan Nacional de Investigación 2025. El equipo trabaja actualmente en el desarrollo de puntos cuánticos con propiedades útiles para nuevas aplicaciones, desde biomarcadores hasta computadores cuánticos. «En nuestro proyecto de investigación hacemos cálculos mecanocuánticos para entender y predecir las propiedades de puntos cuánticos hechos con diferentes materiales», comenta Climente, quien explica que «hay una tendencia a estudiar puntos cuánticos de mayor tamaño de los que se estudiaban hasta ahora porque muestran algunas novedades interesantes; una de las más llamativas es la superradiancia, que es importante para el desarrollo de láseres».
El equipo investigador ha sido invitado por la organización profesional Materials Research Society (MRS), dedicada a promover la excelencia en la ciencia e ingeniería de materiales, para una presentación del estudio en el MRS Fall Meeting 2026 que se celebrará a finales de noviembre de este año en Boston y que reunirá a más de 6.000 investigadores e investigadoras, profesionales de la industria y estudiantado de esta área científica.
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