Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Królewska Szwedzka Akademia Nauk podjęła decyzję o przyznaniu Nagrody Nobla w dziedzinie chemii 2023. Otrzymali je Moungi G. Bawendi z Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, MA, USA; Louis E. Brus z Uniwersytetu Columbia, Nowy Jork, NY, USA i Aleksiej I. Ekimow z Nanocrystals Technology Inc., Nowy Jork, NY, USA – „za odkrycie i syntezę kropek kwantowych”.

Zasiali ważne ziarno dla nanotechnologii

Nagroda Nobla w dziedzinie Chemii za rok 2023 wyróżnia odkrycie i rozwój kropek kwantowych, czyli nanocząstek tak małych, że to ich rozmiar determinuje ich właściwości. Te najmniejsze elementy wyróżniane w nanotechnologii służą teraz rozprzestrzenianiu światła z ekranów telewizorów i z lamp LED. Mogą także pomagać chirurgom w czasie operacji usuwania tkanki nowotworowej.

Każdy, kto studiuje chemię, wie, że właściwości pierwiastka zależą od liczby posiadanych przez niego elektronów. Jednakże, gdy materia kurczy się do nanowymiarów, znaczenie zaczynają mieć zjawiska kwantowe. To właśnie udało się tegorocznym laureatom Nagrody Nobla – wyprodukować cząstki tak małe, że o ich właściwościach decydują zjawiska kwantowe. Te cząstki, zwane „kropkami kwantowymi”, mają obecnie ogromne znaczenie w nanotechnologii.

– Kropki kwantowe mają wiele fascynujących i niezwykłych właściwości. Co ważne, mają różne kolory w zależności od rozmiaru – mówi Johan Åqvist, przewodniczący Komitetu Noblowskiego w dziedzinie chemii.

Fizycy od dawna wiedzieli, że teoretycznie w nanocząstkach o odpowiednio niewielkich rozmiarach mogą wystąpić efekty kwantowe. Jednak precyzyjne działanie w nanowymiarach długo było postrzegane jako niemożliwe. Dlatego niewiele osób wierzyło, że wiedza ta znajdzie zastosowanie w praktyce.

Po raz pierwszy, dopiero na początku lat osiemdziesiątych, Aleksiejowi Ekimowowi udało się stworzyć efekty kwantowe zależne od rozmiaru w kolorowym szkle. Kolor pochodził od nanocząstek chlorku miedzi. Ekimov wykazał, że wielkość cząstek wpływa na kolor szkła poprzez efekty kwantowe.

Kilka lat później Louis Brus był pierwszym naukowcem na świecie, który udowodnił zależne od wielkości efekty kwantowe w cząstkach swobodnie unoszących się w cieczy.

W 1993 roku Moungi Bawendi zrewolucjonizował chemiczną produkcję kropek kwantowych, w wyniku czego powstały niemal doskonałe cząstki. Ta wysoka jakość była przełomem, który umożliwił przejście od akademickiej teorii do technologicznej praktyki.

Dzisiaj kropki kwantowe oświetlają monitory komputerowe i ekrany telewizorów oparte na technologii QLED. Dodają również niuansów światłu niektórych lamp LED, a biochemicy i lekarze wykorzystują je do mapowania tkanki biologicznej.

Kropki kwantowe przynoszą zatem ludzkości niezwykłe korzyści. Naukowcy uważają, że w przyszłości mogą przyczynić się do powstania elastycznej elektroniki, maleńkich czujników, cieńszych ogniw słonecznych i szyfrowanej komunikacji kwantowej. Dlatego właśnie potencjał tych maleńkich jest teraz przedmiotem intensywnych badań zarówno na uczelniach jak i w technologii przemysłowej.

Źródło: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2023/press-release/