Dowiedz się, czym są „kropki kwantowe” – odkrycie, które w 2023 r. zdobyło Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii

Kropki kwantowe, maleńkie „sztuczne atomy”, które zrewolucjonizowały nanotechnologię, zostały uznane za nagroda NoblaChemii 2023.

Moungi Bawendi, Louis Brus i Alexei Ekimov zostali uhonorowani przez Królewską Szwedzką Akademię Nauk za pionierską pracę w tworzeniu i zastosowaniu tych sztucznych struktur.

Czym są kropki kwantowe?

Kropki kwantowe to nanocząstki utworzone z materiałów półprzewodnikowych, zwanych także nanokryształami. Tym, co czyni je godnymi uwagi, jest ich niezwykle mały rozmiar, mierzący zaledwie kilka milionowych milimetra.

To zmniejszenie skali sprawia, że ​​działają one zgodnie z zasadami kwantowymi, co skutkuje unikalnymi właściwościami optycznymi i elektronicznymi.

Cząstki takie mają zdolność przenoszenia elektronów i emitują światło o różnych kolorach, gdy są stymulowane światłem lub elektrycznością. Ta różnorodność kolorów waha się od niebieskiego w najmniejszych kropkach kwantowych do żółtego i czerwonego w największych.

Laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie chemii 2023. (Zdjęcie: Niklas Elmehed przez BBC/Reprodukcja)

Historia odkrycia kropek kwantowych to podróż pełna naukowej wytrwałości. Radziecki fizyk Aleksiej Jekimow jako pierwszy zaobserwował je w kryształach w 1981 roku, pracując ze szkłem barwionym chlorkiem miedzi.

Ekimov zauważył, że rozmiar nanokryształów wpływa na absorpcję światła, wykazując w ten sposób zależny od rozmiaru efekt kwantowy.

Amerykański chemik Louis Brus z Columbia University rozwinął te odkrycia, obserwując to Zależny od wielkości efekt kwantowy występował także w cząstkach, które swobodnie unosiły się w powietrzu płyny.

Postęp osiągnął punkt kulminacyjny w 1993 r., kiedy francuskiemu chemikowi Moungi Bawendi z Massachusetts Institute of Technology (MIT) udało się stworzyć nanokryształy o określonej wielkości poprzez techniki wstrzykiwania substancji do ogrzanego rozpuszczalnika, w wyniku czego powstają kryształy „prawie doskonały."

Główne zastosowania tego odkrycia

Praktyczne zastosowania kropek kwantowych są różnorodne. Są już obecne w produktach komercyjnych, takich jak panele słoneczne, systemy oświetleniowe i ekrany telewizyjne oparte na technologii QLED.

Co więcej, mają one ogromny potencjał w takich obszarach, jak elastyczna elektronika, maleńkie czujniki, cieńsze ogniwa słoneczne i szyfrowana komunikacja kwantowa.

María José Ruedas Llama, profesor na Wydziale Chemii Fizycznej Uniwersytetu w Granadzie, podkreśla, że ​​kropki kwantowe umożliwiają uzyskanie obrazów na poziomie wewnątrzkomórkowym, co może mieć fundamentalne znaczenie w diagnostyce i leczeniu chorób, takich jak rak.

Nagroda Nobla w dziedzinie chemii 2023 podkreśla także znaczenie badań podstawowych dla rozwoju zastosowań technologicznych.

Emilio Palomares, dyrektor Katalońskiego Instytutu Badań Chemicznych (ICiQ), podkreśla, że ​​takie odkrycia utwierdzają w przekonaniu, że nie ma zastosowań technologicznych bez solidnej bazy badawczej.