Encender y apagar nanocristales para siempre
En 2021, unos científicos hicieron el emocionante descubrimiento de que las nanopartículas dopadas con lantánidos podían desencadenar una reacción en cadena extrema productora de luz. Ahora, con el apoyo parcial del proyecto AETSOM, financiado con fondos europeos, han conseguido que se enciendan y se apaguen de forma deliberada e indefinida. Su investigación se publicó en la revista «Nature». Los tintes orgánicos y las proteínas fluorescentes utilizados en aplicaciones como la memoria óptica y la bioimagen suelen parpadear de forma aleatoria hasta que finalmente pierden su capacidad de fluorescencia, oscureciéndose de forma permanente. Este proceso se denomina fotoblanqueo. En cambio, los nanocristales dopados con lantánidos son notablemente fotoestables. Tal como se describe en un comunicado de prensa publicado en «EurekAlert!», los científicos que trabajan en el laboratorio del autor principal del estudio, el profesor asociado P. James Schuck, de la Universidad de Columbia (Estados Unidos), entidad socia del proyecto AETSOM, nunca habían visto «morir» a uno de estos nanocristales en sus muchos años de investigación. Luego, en 2018, observaron que un cristal se oscurecía y luego volvía a encenderse. Investigaciones posteriores permitieron descubrir que era posible controlar el comportamiento de parpadeo de las fibras ópticas de lantánidos. Para asegurarse de que habían encontrado la primera nanopartícula totalmente fotoestable y fotosensible, el equipo utilizó luz infrarroja cercana para oscurecer y aclarar los nanocristales en distintos entornos ambientales o acuosos. Después de encenderlos y apagarlos más de mil veces, seguía sin haber señales de degradación. «Podemos apagar estas partículas, que de otro modo no se fotoblanquean, con una longitud de onda de luz y volverlas a encender con otra, simplemente utilizando láseres convencionales», observó el autor principal del estudio, el doctor Changhwan Lee, investigador posdoctoral de la Universidad de Columbia.
Posibles aplicaciones
Según el comunicado de prensa, el equipo demostró cómo las nanopartículas pueden utilizarse para escribir y reescribir patrones en sustratos tridimensionales, lo que podría ayudar a mejorar el almacenamiento óptico de datos de alta densidad y la memoria informática en el futuro. «Este nanocristal fotoconmutable, bidireccional e indefinido podría dar lugar a un dispositivo de memoria cuántica totalmente óptico para almacenar la ingente cantidad de datos producidos por los ordenadores cuánticos: piense en los CD-ROM y CD-RW, pero más rápido y mucho más preciso», explica el coautor del estudio, el catedrático Yung Doug Suh, del Instituto Coreano de Investigación de Tecnología Química (Corea del Sur). Además de avanzar en el almacenamiento óptico de datos, las nanopartículas fotosensibles podrían abrir muchas otras puertas, impulsando una amplia variedad de otras tecnologías que van desde las imágenes de superresolución y la nanofotónica hasta la farmacología dirigida, la optogenética y la reactividad química. Pero ¿qué lo hace posible? ¿Cómo se produce la fotoconmutación en estos nanocristales? El equipo cree que, en su trabajo, la fotoconmutación es el resultado de defectos atómicos del cristal tan pequeños que no pueden verse ni con los microscopios electrónicos más avanzados. «Estos defectos desplazan el umbral de avalancha de la partícula hacia arriba o hacia abajo y pueden activarse con diferentes longitudes de onda de luz para que la señal sea más tenue o más brillante», informa el comunicado de prensa. Este estudio fue totalmente inesperado, según el coautor, el doctor Bruce Cohen, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Estados Unidos). «Llevábamos diciendo desde nuestro artículo de 2009 que esta clase de nanopartículas no se enciende ni se apaga, y sin embargo eso es exactamente lo que estamos estudiando aquí. Una de las cosas que hemos descubierto con estas nanopartículas es que hay que aceptar los resultados extraños». El proyecto AETSOM (Engineering a solution to the “resolution gap” problem for probing local optoelectronic properties in low-dimensional materials) está coordinado por la Universidad Hebrea de Jerusalén. El proyecto finaliza en agosto de 2024. Para más información, consulte: Proyecto AETSOM
Palabras clave
AETSOM, nanopartícula, nanocristal, luz, lantánido, fotosensibilidad
