Królewska Szwedzka Akademia Nauk przyznała tegoroczną nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za fundamentalne odkrycia w dziedzinie nanotechnologii. Nagrodę otrzymali Tunezyjczyk Moungi Bawendi, Amerykanin Louise Brus i Rosjanin Alexei Ekimov za opracowanie technologii tworzenia tak zwanych kropek kwantowych, czyli nanocząsteczek tak małych, że ich rozmiar determinuje właściwości.
O tym, że takie materiały mogą istnieć, mówiono od lat 30 ubiegłego wieku, udało się je stworzyć kilkadziesiąt lat później. Obecnie są wykorzystywane między innymi w elektronice i medycynie, ich światło widzimy na przykład w ekranach telewizorów i lamp typu LED, podczas operacji onkologicznych, wskazują chirurgom tkankę nowotworową.
Na lekcjach chemii w szkole uczyliśmy się, że właściwości danego pierwiastka determinuje liczba elektronów jego atomów. Kiedy jednak rozmiar danego materiału kurczy się do skali nano, coraz większe znaczenie zaczynają mieć efekty kwantowe.
Tegoroczna nagroda Nobla trafiła do badaczy, którzy zdołali wytworzyć cząsteczki tak małych rozmiarów, że te efekty kwantowe zaczęły się w czytelny sposób manifestować. Między innymi okazało się, że cząsteczki z tego samego materiału i o tej samej strukturze, ale różniące się liczbą atomów mogą emitować światło o innej barwie. Takie cząsteczki mają teraz w nanotechnologii olbrzymie znaczenie.
In the early 1980s, this years chemistry laureates Louis Brus and Alexei Ekimov succeeded in creating- independently of each other - quantum dots, which are nanoparticles so tiny that quantum effects determine their characteristics.#NobelPrize pic.twitter.com/QPd3AhaBeX
NobelPrizeOctober 4, 2023
Fizycy od dawna podejrzewali, że w przypadku nanocząsteczek będą pojawiać się zależne od rozmiaru efekty kwantowe. Długo jednak nie było żadnych praktycznych możliwości dokonywania tego typu eksperymentów, wydawało się nawet, że doświadczalnie nie da się tego obserwować.
Jednak w latach 80. minionego stulecia Alexei Ekimov jako pierwszy zdołał zaobserwować takie zależne od rozmiaru efekty w zabarwionym szkle. Źródłem koloru były nanocząsteczki chlorku miedzi. W zależności od ich rozmiaru szkło miało inną barwę. Kilka lat później Louis Brus jako pierwszy potwierdził ten efekt w nanocząsteczkach swobodnie zawieszonych w cieczy. W 1993 roku Moungi Bawendi zrewolucjonizował wytwarzanie kropek kwantowych tak, że stało się możliwe ich praktyczne zastosowanie.
Obecnie kropki kwantowe są źródłem obrazu w telewizorach i ekranach komputerowych opartych na technologii QLED, wykorzystuje się je także w oświetleniu typu LED. Dla biochemików i lekarzy kropki kwantowe są z kolei narzędziem na przykład do oznaczania komórek nowotworowych. Dzięki nim chirurg może dokonywać bardziej precyzyjnych zabiegów onkologicznych.
W przyszłości można oczekiwać wykorzystania ich do produkcji elastycznej elektroniki, miniaturowych czujników, cieńszych ogniw fotowoltaicznych, czy narzędzi do szyfrowanej, kwantowej komunikacji. Wydaje się, że dopiero zaczynamy poznawać ich możliwości.