Нобелевская премия по химии 2023 года присуждена Мунги Бавенди, Луи Брусу и Алексею Екимову «за открытие и синтез квантовых точек»

Нобелевская премия по химии 2023 года присуждена Мунги Бавенди, Луи Брусу и Алексею Екимову «за открытие и синтез квантовых точек». Это одно из важнейших достижений в области нанотехнологий, дающее возможность, как и награда по физике, заглянуть в другой мир, - на этот раз, в мир живых клеток и крупных молекул.

Квантовые точки, или полупроводниковые нанокристаллы - это частицы размером в несколько нанометров, свойства которых отличаются от свойств более крупных частиц, потому что в этом диапазоне размеров еще проявляются квантовые эффекты. Это такие промежуточные структуры между структурами из отдельных молекул и привычными нам макроматериалами. Они содержат тысячи или десятки тысяч атомов.

Квантовые точки обладают множеством необычных свойств. Главной причиной их стремительного проникновения в разные области науки и техники стали уникальные оптические характеристики. Например, их цвет зависит от размера частицы. Этот эффект впервые показал Алексей Екимов еще в 1981 году в Государственном оптическом институте имени Вавилова в Ленинграде. Он первым синтезировал квантовые точки и опубликовал статью о них в советском научном журнале на русском. Второй лауреат, американский ученый Луис Брюс, не знавший об исследованиях Екимова, пришел к тем же результатам на два года позже. А третий, Мунги Бавенди из MIT, разработал удобный способ синтеза квантовых точек нужного размера.

Если квантовую точку освещать ультрафиолетом, можно возбудить электрон в ней до состояния с более высокой энергией – и нанополупроводник начинает проводить ток, пока не высвободит энергию в виде света - то есть происходит фотолюминисценция, свечение в видимом диапазоне под действием ультрафиолетового света. Благодаря этому эффекту квантовые точки в виде коллоидных нанокристаллов, плавающих в жидкости, всё больше используются в качестве биомаркеров для визуализации в науке и медицине, - например для окрашивания опухолей или аутоиммунных антител.

На их основе выпускаются дисплеи (технология QLED), еще они применяются в гибридных солнечных батареях в качестве материала, преобразующего солнечную энергию в ток, - квантовые точки могут поглощать свет в более широком диапазоне, включая инфракрасный и ультрафиолетовый. Квантовые точки - один из главных кандидатов для представления кубитов в квантовых вычислениях, да и вообще, один из самых востребованных видов нанотехнологий, или точнее, наноматериалов.

На первой картинке - такие квантовые точки, полые сферы сульфида кадмия, широко используются для высокочувствительной визуализации клеток. На второй - сравнение размеров: квантовая точка настолько меньше футбольного мяча, насколько мяч меньше Земли.

Источник: vk.com

Комментарии: