ทำความเข้าใจว่า 'จุดควอนตัม' คืออะไร การค้นพบที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 2566

ควอนตัมดอต ซึ่งเป็น “อะตอมเทียม” ขนาดเล็กที่ปฏิวัตินาโนเทคโนโลยี ได้รับการยอมรับด้วย รางวัลโนเบลสาขาวิชาเคมี 2566.

Moungi Bawendi, Louis Brus และ Alexei Ekimov ได้รับการยกย่องจาก Royal Swedish Academy of Sciences สำหรับงานบุกเบิกในการสร้างและประยุกต์ใช้โครงสร้างเทียมเหล่านี้

จุดควอนตัมคืออะไร?

จุดควอนตัมเป็นอนุภาคนาโนที่สร้างขึ้นจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์หรือที่เรียกว่านาโนคริสตัล สิ่งที่ทำให้พวกเขาโดดเด่นคือขนาดที่เล็กมาก ซึ่งวัดได้เพียงไม่กี่ในล้านของมิลลิเมตร

การลดขนาดลงนี้ทำให้ทำงานตามหลักการควอนตัม ส่งผลให้เกิดคุณสมบัติทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์

อนุภาคดังกล่าวมีความสามารถในการขนส่งอิเล็กตรอนและเปล่งแสงสีต่างๆ เมื่อถูกกระตุ้นด้วยแสงหรือไฟฟ้า การแปรผันของสีนี้มีตั้งแต่สีน้ำเงินในจุดควอนตัมที่เล็กที่สุด ไปจนถึงสีเหลืองและสีแดงที่ใหญ่ที่สุด

ผู้ชนะรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2023 (ภาพ: Niklas Elmehed ผ่าน BBC/Reproduction)

เรื่องราวของการค้นพบจุดควอนตัมคือการเดินทางของความเพียรพยายามทางวิทยาศาสตร์ นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต Alexei Ekimov เป็นคนแรกที่สังเกตพวกมันในคริสตัลในปี 1981 โดยทำงานกับแก้วที่ย้อมด้วยคอปเปอร์คลอไรด์

Ekimov สังเกตเห็นว่าขนาดของผลึกนาโนส่งผลต่อการดูดกลืนแสง จึงแสดงให้เห็นถึงผลกระทบควอนตัมที่ขึ้นกับขนาด

นักเคมีชาวอเมริกัน หลุยส์ บรูส จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ขยายผลการค้นพบนี้โดยการสังเกตว่า ผลกระทบควอนตัมขึ้นอยู่กับขนาดยังเกิดขึ้นในอนุภาคที่ลอยเข้ามาอย่างอิสระ ของเหลว

ความก้าวหน้าสิ้นสุดลงในปี 1993 เมื่อนักเคมีชาวฝรั่งเศส Moungi Bawendi จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) สามารถสร้าง ผลึกนาโนที่มีขนาดเฉพาะโดยเทคนิคการฉีดสารเข้าไปในตัวทำละลายที่ให้ความร้อนส่งผลให้ได้ผลึก “เกือบ สมบูรณ์แบบ."

การใช้งานหลักของการค้นพบนี้

การใช้งานจริงของควอนตัมดอทมีความหลากหลาย มีอยู่แล้วในผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์เช่น แผงเซลล์แสงอาทิตย์,ระบบไฟส่องสว่างและจอโทรทัศน์ที่ใช้เทคโนโลยี QLED

นอกจากนี้ ยังมีศักยภาพที่ดีในด้านต่างๆ เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่น เซ็นเซอร์ขนาดเล็ก เซลล์แสงอาทิตย์ที่บางลง และการสื่อสารควอนตัมที่เข้ารหัส

María José Ruedas Llama ศาสตราจารย์ภาควิชาเคมีเชิงฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยกรานาดา เน้นย้ำว่าจุดควอนตัม ทำให้สามารถรับภาพในระดับภายในเซลล์ซึ่งเป็นพื้นฐานในการวินิจฉัยและรักษาโรคได้ เช่น มะเร็ง.

รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2023 ยังเน้นย้ำถึงความสำคัญของการวิจัยพื้นฐานเพื่อการพัฒนาการประยุกต์ใช้ทางเทคโนโลยี

Emilio Palomares ผู้อำนวยการสถาบันวิจัยเคมีแห่งคาตาลัน (ICiQ) เน้นย้ำว่าการค้นพบดังกล่าวตอกย้ำแนวคิดที่ว่าไม่มีการประยุกต์ทางเทคโนโลยีใด ๆ หากไม่มีฐานการวิจัยที่มั่นคง