Новый этап для развития нанотехнологий

Нобелевская премия по химии 2023 года присуждена Мунги Бавенди, Луи Брюсу и Алексею Екимову за открытие и синтез квантовых точек — наночастиц, настолько крошечных, что размер определяет их свойства, сообщает официальный сайт премии. Эти мельчайшие компоненты теперь распространяют свет от телевизоров и светодиодных ламп, а также могут помочь хирургам при удалении опухолевой ткани.

Интересно, что за несколько часов до объявления лауреатов информация об этом утекла в интернет. СМИ заявили, что Королевская академия наук по ошибке заранее разослала копию письма, в котором значились имена победителей.

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

«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 в наноразмере. 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 ученый продемонстрировал, что размер частиц влияет на цвет стекла посредством квантовых эффектов. Как рассказал ученый в интервью Адаму Смиту, главному научному сотруднику Nobel Prize Outreach AB, открытие подобного явления «в то время не было чем-то удивительным, потому что именно оно - явление квантового ограничения - обсуждалось и теоретически описывалось. А в России тогда главным пособием для студентов был пятитомный справочник по физике и квантовому конфайнменту. Я до сих пор помню ту картину, где есть квантовая яма и уровни электронов, заключенные в квантовой яме. Вот таким образом мы рассматривали экспериментальное подтверждение теории».

Несколько лет спустя Луи Брюс стал первым ученым в мире, доказавшим размерно-зависимые квантовые эффекты в частицах, свободно плавающих в жидкости. «Это вышло случайно, но тогда мы просто поняли, что это станет важным открытием. В то время я работал в Bell Telephone Laboratories в Нью-Джерси.  Лаборатории были частью электронной промышленности, производства полупроводниковых чипов.  Компании всегда стремились создавать транзисторы все меньших и меньших размеров. И я точно знал, что, когда это удастся, они станут такой величины, при которой их свойства начнут меняться и будут больше похожими на молекулы, а не на полупроводники. По этой причине я был уверен, что это исследование окажется ценным», - поделился профессор.

В 1993 году Мунги Бавенди, научным руководителем которого стал Луи Брюс, совершил революцию в химическом производстве квантовых точек, в результате чего появились почти идеальные частицы. Такое высокое качество было необходимо для их использования. «Со своими студентами Крисом Мюрреем и Дэвидом Норрисом я начал эту работу в Массачусетском технологическом институте, когда устроился туда доцентом. По сути, это была моя первая работа там, основанная на тех исследованиях, которые я провел в Bell Labs вместе с Брюсом. В то время нам нужно было действительно понять физику материала, нам нужны были хорошие образцы, однако я не представлял, какие масштабы это приобретет сегодня. На протяжении долгих лет многие из нас, работающих в этой области, неустанно думали: "Когда это закончится?" Но наш труд продолжал приносить плоды», - рассказал профессор.

Потенциал квантовых точек только начали изучать. Исследователи полагают, что в будущем они смогут применяться при создании гибкой электроники, крошечных датчиков, более тонких солнечных элементов и зашифрованной квантовой связи.

Немного фактов из биографии лауреатов:

Мунги Дж. Бавенди родился в 1961 году в Париже, Франция. Доктор философии, 1988 г., Чикагский университет, Иллинойс, США. Профессор Массачусетского технологического института (MIT), Кембридж, Массачусетс, США.

Луи Э. Брюс родился в 1943 году в Кливленде, штат Огайо, США. Доктор философии, 1969 г., Колумбийский университет, Нью-Йорк, США. Профессор Колумбийского университета, Нью-Йорк.

Алексей Иванович Екимов родился в 1945 году в СССР. Доктор философии, 1974 г., Физико-технический институт имени Иоффе, Санкт-Петербург, Россия.  Экс-главный научный сотрудник компании Nanocrystals Technology Inc., Нью-Йорк, США.

 В иллюстрации использовано изображение автора Laxouri Studio (CCBY3.0) с сайта https://thenounproject.com/ и фото с сайта https://unsplash.com/