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Um dos eventos mais importantes do mundo, o Prêmio Nobel anunciou seus vencedores no início de outubro, como tem sido costume ao longo das décadas. Iniciada em 2022, a Dot.Lib vai continuar a série de artigos sobre os vencedores e suas contribuições nas áreas da Arte, Ciência e Sociedade.

No primeiro artigo, conhecemos brevemente a história dos vencedores de 2023 na categoria de Medicina: a cientista húngara Katalin Karikó e o pesquisador norte-americano Drew Weissman. Juntos, eles criaram uma tecnologia à base de RNA mensageiro (mRNA) que possibilitou o desenvolvimento das vacinas no combate à COVID-19 e abriu portas para o aprimoramento de outras terapias e tratamentos.

No segundo artigo, conhecemos a história de vida e as obras publicadas do autor, dramaturgo e tradutor norueguês Jon Fosse, ganhador do Nobel 2023 na categoria de Literatura. Além disso, entendemos como suas experiências durante a infância influenciaram a sua escrita, repleta de prosas e romances que, de acordo com a Academia Sueca, “dão voz ao indizível”.

Já no terceiro artigo, foram apresentados os cientistas Pierre Agostini, Ferenc Krausz e Anne Geneviève L'Huillier. O trio foi responsável por desenvolver um método que, por meio de pulsos de luz em attossegundos, permite aos pesquisadores se aprofundarem na dinâmica dos elétrons. Ao abrir possibilidades de evolução nas áreas de Medicina e Eletrônica, o feito foi considerado pela Academia Sueca como merecedor do Nobel de Física deste ano.

No último artigo da série Prêmio Nobel 2023, faremos uma breve apresentação dos três vencedores da categoria de Química e vamos entender como suas descobertas científicas revolucionaram o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos nas suas mais diversas aplicações, entre as quais: Biomedicina, Eletrônica e Óptica. Fique até o fim e confira duas dicas de leitura — que tiveram a participação dos vencedores — para se aprofundar no assunto.

Os vencedores

A seguir, confira um breve perfil dos vencedores e de suas carreiras de sucesso na pesquisa científica. 

Retrato ilustrativo do cientista Aleksey Yekimov (imagem: Niklas Elmehed© Nobel Prize Outreach).

Nascido em 28 de fevereiro de 1945, em Leningrado, na Rússia, Aleksey Yekimov é um especialista e pesquisador na área de Física do Estado Sólido e um dos pioneiros na síntese e estudo de nanocristais semicondutores, especificamente pontos quânticos. O cientista ficou famoso por suas pesquisas sobre os efeitos quânticos relacionados ao tamanho em nanocristais de semicondutores, como o cloreto de cobre.

Na década de 1980, Ekimov realizou experimentos inovadores que demonstraram como o tamanho das nanopartículas de cloreto de cobre influenciava diretamente as propriedades ópticas do material. O trabalho não só foi fundamental na compreensão de como os fenômenos quânticos variam em função do tamanho dos nanocristais, como estabeleceu as bases para o estudo dos pontos quânticos e suas aplicações em uma ampla gama de campos.

Retrato ilustrativo do cientista Louis Eugene Brus (imagem: Niklas Elmehed© Nobel Prize Outreach).

Louis Eugene Brus nasceu em 10 de agosto de 1943, em Ohio, nos Estados Unidos. Professor de Química na Columbia University, em Nova York, Brus é reconhecido como uma figura proeminente na compreensão e exploração das propriedades dos pontos quânticos, contribuindo significativamente para o avanço da Ciência dos Materiais. Suas maiores contribuições estão no estudo das propriedades dos pontos quânticos semicondutores II-VI, o que o tornou pioneiro no assunto.

Retrato ilustrativo do cientista Moungi Gabriel Bawendi (imagem: Niklas Elmehed© Nobel Prize Outreach).

Nascido em 15 de março de 1961, em Paris, Moungi Gabriel Bawendi é um renomado químico e cientista de materiais, conhecido por seu trabalho pioneiro no campo dos pontos quânticos e na Nanotecnologia. Ele é professor de Química no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), onde lidera pesquisas inovadoras nas áreas de Nanociência e Nanotecnologia.

Bawendi fez contribuições significativas no estudo e na síntese de pontos quânticos, especialmente relacionados à sua estrutura, propriedades ópticas e aplicações tecnológicas. Ele desenvolveu métodos para a produção de pontos quânticos altamente uniformes em termos de tamanho e forma, o que é crucial para suas aplicações em dispositivos eletrônicos, biomédicos e em outras áreas.

A descoberta

Os cientistas Aleksey Yekimov, Louis E. Brus e Moungi G. Bawendi foram os grandes vencedores do Prêmio Nobel de Química em 2023 “pela descoberta e síntese de pontos quânticos”, segundo o site oficial da premiação. Mas afinal de contas, o que isso significa e como esse feito pode impulsionar áreas como a Eletrônica e a Óptica? Antes de tudo, é necessário entender o que são os pontos quânticos. Eles são cristais semicondutores extremamente pequenos, com dimensões na escala nanométrica (cerca de 1 a 10 nanômetros de diâmetro).

Os pontos quânticos aplicados à tecnologia de luzes LED (imagem: Canva).

Outra característica importante é que são frequentemente compostos por materiais inorgânicos, como sulfetos de cádmio (CdS), selenetos de cádmio (CdSe) ou outros compostos semelhantes. Esses nanocristais têm propriedades ópticas e eletrônicas únicas devido ao seu tamanho diminuto e ao chamado “confinamento quântico”: quando confinados em um espaço tão pequeno, o comportamento dos elétrons difere significativamente das propriedades dos materiais em escala macroscópica.

A cor que um ponto quântico emite depende de seu tamanho: pontos maiores tendem a emitir luz na faixa do vermelho, enquanto os menores emitem luz na faixa do azul. Além disso, os pontos quânticos podem ser ajustados para emitir luz em comprimentos de onda específicos, o que os torna úteis em diversas aplicações, como na fabricação de telas de alta definição, em marcadores biológicos para imagens médicas avançadas e em dispositivos optoeletrônicos, como LEDs (diodos emissores de luz) e células solares.

Há muito tempo, o trio de físicos vencedores já sabiam que, a depender do tamanho, os efeitos quânticos aconteceriam em nanopartículas. Mas à época em que tomaram conhecimento disto, não havia tecnologia capaz de acompanhar esses eventos em escala nanométrica.

De fato, tudo começou na década de 1980, quando Aleksey Yekimov realizou a criação de efeitos quânticos proporcionais ao tamanho em vidro colorido. A tonalidade decorria da presença de nanopartículas de cloreto de cobre, demonstrando que as dimensões dessas partículas influenciavam diretamente a coloração do vidro por meio de fenômenos quânticos.

Anos mais tarde, a pesquisa de Louis Brus revelou as propriedades ópticas e eletrônicas extraordinárias desses nanocristais, incluindo a dependência do tamanho na cor da luz emitida por eles. A chamada “quantização do tamanho” desses pontos quânticos influencia suas propriedades, o que os torna muito úteis em diversas aplicações, como em telas de alta resolução, imagens médicas avançadas, LEDs e células solares.

Por último, em 1993, Moungi Bawendi liderou uma pesquisa que se tornaria a responsável pela primeira síntese e caracterização detalhada de pontos quânticos de semicondutores altamente uniformes. O trabalho resultou na produção de pontos quânticos de sulfeto de cádmio (CdS) com tamanhos precisamente controlados. Isso foi um avanço importante, já que as propriedades ópticas dos nanocristais eram distintas e previsíveis, dependendo de seu tamanho.

A capacidade de controlar com precisão o tamanho dos pontos quânticos permitiu explorar seu comportamento quântico e suas aplicações em uma variedade de campos, como dispositivos eletrônicos, biomédicos, sensores e tecnologias de imagem.

Para se aprofundar no assunto

A seguir, confira alguns títulos relacionados aos pontos quânticos que contaram com a contribuição dos vencedores do Prêmio Nobel de Química 2023 e foram publicados com o selo de qualidade da World Scientific.

1) “J-Aggregates (volume 2)”

Capa do livro J-Aggregates (imagem: World Scientific / Dot.Lib).

Este livro aborda os agregados J, que possuem um longo histórico de pesquisas. O termo “agregado” é usado para descrever uma coleção de moléculas que geralmente são automontadas por forças eletrostáticas. Por sua vez, esta coleção tem uma configuração semelhante a uma cadeia com dimensão reduzida em soluções de alta concentração ou em filmes sólidos finos.

Além disso, este volume fala sobre os estados eletrônicos, propriedades ópticas lineares e não lineares. Várias propriedades e processos de agregados J, tais como superradiância, excitons, eco de fótons, estrutura geométrica, transferência de elétrons e espectroscopia de femtossegundos, são discutidos. Um dos artigos de destaque do livro foi produzido e publicado pelo vencedor do Nobel de Química 2023, Moungi Bawendi, em parceria com o cientista Brian J. Walker.

“Acoplamento entre agregados J e éxcitons inorgânicos” aborda as potenciais aplicações dos agregados J, outrora difundidos na fotografia cinematográfica, e hoje com interesse renovado devido às suas propriedades ópticas não lineares e demais capacidades. No entanto, de acordo com o resumo do estudo, seu foco principal é “discutir a realização experimental de poços quânticos semicondutores e pontos quânticos acoplados a corantes agregados J”.

Saiba mais sobre o livro "J-Aggregates".

2) “Advances in Multi-Photon Processes and Spectroscopy (volume 4)”

Capa do livro Advances in Multi-Photon Processes and Spectroscopy (imagem: World Scientific / Dot.Lib).

Voltado aos físicos atômicos, químicos e cientistas de materiais, o livro traz resenhas de especialistas que abordam os avanços na área da Óptica, com foco nos processos multifótons e na espectroscopia. Entre os artigos de destaque está o estudo do vencedor do Nobel de Química 2023, Louis Brus: “Espectroscopia Raman de Ressonância Resolvida no Tempo: Efeitos de Campo Eletromagnético Intensos e Reações Fotoeletroquímicas em Superfícies de Cristalitos Semicondutores”.

Saiba mais sobre o livro "Advances in Multi-Photon Processes and Spectroscopy".

Sobre a World Scientific

Imagem: World Scientific / Dot.Lib.

Uma das principais editoras independentes de livros e periódicos para as comunidades acadêmicas, sejam educacionais, profissionais ou de pesquisa, a World Scientific publica cerca de 600 livros e 135 periódicos por ano em áreas diversas do conhecimento. Além disso, colabora com organizações de prestígio como a Nobel Foundation e a US National Academies Press, entre outras, para levar conteúdo acadêmico e profissional de alta qualidade a pesquisadores de todo o mundo.

OS títulos citados acima e diversas outras obras acadêmicas de autores premiados fazem parte do catálogo da World Scientific. Se você quer conhecê-los e incorporá-los em sua pesquisa ou instituição, contate-nos pelo e-mail info@dotlib.com ou preencha o formulário clicando aqui. Para mais dicas como essas, siga-nos nas redes sociais, acompanhe o nosso blog e fique atento aos tutoriais em vídeo no canal oficial da Dot.Lib no Youtube, a Dotlib TV.