Нобелевскую премию по химии получили создатели квантовых точек — основы оптических нанотехнологий

Премия в 2023 году была присуждена за открытие и разработку квантовых точек — наночастиц, настолько крошечных, что их размер определяет их свойства. Эти мельчайшие компоненты нанотехнологий теперь распространяют свет от телевизоров и светодиодных ламп, а также, среди прочего, могут помочь хирургам при удалении опухолевой ткани, сообщает Нобелевский комитет.

Каждый, кто изучает химию, знает, что свойства элемента определяются количеством электронов, которые он имеет. Однако когда материя сжимается до наноразмеров, возникают квантовые явления — они регулируются размером. Лауреатам Нобелевской премии по химии 2023 года удалось создать настолько маленькие частицы, что их свойства определяются этими квантовыми явлениями. Частицы, называемые квантовыми точками, сейчас имеют большое значение в нанотехнологиях.

Что же такое квантовые точки? Это крошечные шарики из полупроводниковых материалов, которые могут излучать свет разного цвета в зависимости от своего размера. Диаметр может быть меньше 15 атомов, варьируется от 2 до 10 нанометров. Чем больше точка, тем ближе она к спектру красного цвета, чем меньше — к спектру синего. Главное преимущество — высокая яркость свечения квантовых точек. Яркость — это важный фактор, влияющий на качество изображения. Высокая яркость автоматически делает изображение на экране более контрастным.

«Квантовые точки обладают множеством интересных и необычных свойств. Важно отметить, что они имеют разные цвета в зависимости от размера», — говорит Йохан Аквист, председатель Нобелевского комитета по химии.

Физики давно знали, что теоретически в наночастицах могут возникать квантовые эффекты, зависящие от размера, но в то время было практически невозможно создать их. Поэтому мало кто верил, что эти знания найдут практическое применение.

Однако в начале 1980-х годов Алексею Екимову удалось создать размерно-зависимые квантовые эффекты в цветном стекле. Цвет исходил от наночастиц хлорида меди, и Екимов продемонстрировал, что размер частиц влияет на цвет стекла посредством квантовых эффектов.

Несколько лет спустя Луи Брюс стал первым ученым в мире, доказавшим размерно-зависимые квантовые эффекты в частицах, свободно плавающих в жидкости. В 1993 году Мунги Бавенди совершил революцию в химическом выделении квантовых точек, в результате чего появились почти идеальные частицы. Качество было таким высоким, что точки можно было использовать в промышленных масштабах.

Квантовые точки теперь освещают компьютерные мониторы и экраны телевизоров на основе технологии QLED. Они также добавляют нюансов свету некоторых светодиодных ламп, а биохимики и врачи используют их для изучения биологических тканей.

Исследователи полагают, что в будущем они смогут внести свой вклад в создание гибкой электроники, крошечных датчиков, более тонких солнечных элементов и зашифрованной квантовой связи — мы только начали изучать потенциал этих крошечных частиц.