ο Βραβείο Νόμπελ Χημείας 2023 απονεμήθηκε από κοινού στους Moungi Bawendi, Louis Brus και Alexei Ekimov για την ανακάλυψη και την ανάπτυξη των κβαντικών κουκκίδων. Αυτά τα νανοσωματίδια είναι τόσο μικρά που το μέγεθός τους καθορίζει τις ιδιότητές τους. Οι κβαντικές κουκκίδες μπορούν να βρεθούν σε σύγχρονους υπολογιστές, τηλεοράσεις και φώτα LED, μεταξύ πολλών άλλων εφαρμογών.
[Related: In photos: Journey to the center of a quantum computer.]
Bawendi είναι καθηγητής στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης, Brus είναι ομότιμος καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια και Ekimov εργάζεται για μια εταιρεία που ονομάζεται Nanocrystals Technology στην Πολιτεία της Νέας Υόρκης.
«Για πολύ καιρό, κανείς δεν πίστευε ότι θα μπορούσατε ποτέ να δημιουργήσετε τόσο μικρά σωματίδια», Johan Åqvist, πρόεδρος της Επιτροπής Νόμπελ για τη Χημεία, είπε κατά τη διάρκεια συνέντευξης Τύπου. «Αλλά οι φετινοί βραβευθέντες πέτυχαν».
Το μέγεθος έχει σημασία στη νανοκλίμακα
Οι κβαντικές κουκκίδες είναι από τα μικρότερα συστατικά της νανοτεχνολογίας. Συνήθως, οι ιδιότητες ενός στοιχείου καθορίζονται από το πόσα ηλεκτρόνια έχει. Όταν αυτή η ύλη συρρικνώνεται σε νανοδιαστάσεις, προκύπτουν κβαντικά φαινόμενα. Αυτό σημαίνει ότι οι ιδιότητες του στοιχείου καθορίζονται πλέον από το μέγεθος της ύλης αντί από τον αριθμό των ηλεκτρονίων που έχει.
Οι κβαντικές τελείες αποτελούνται μόνο από χίλια άτομα. Συγκριτικά, μια κβαντική κουκκίδα είναι για μια μπάλα ποδοσφαίρου όπως μια μπάλα ποδοσφαίρου είναι για τον πλανήτη Γη.
Οι κβαντικές κουκκίδες που παρήγαγαν οι Bawendi, Brus και Ekimov είναι σωματίδια αρκετά μικρά ώστε οι ιδιότητές τους να προσδιορίζονται από κβαντικά φαινόμενα. Είναι από τα μικρότερα, αλλά πιο σημαντικά σωματίδια, τη νανοτεχνολογία.
«Οι κβαντικές κουκκίδες έχουν πολλές συναρπαστικές και ασυνήθιστες ιδιότητες. Το σημαντικό είναι ότι έχουν διαφορετικά [colors] ανάλογα με το μέγεθός τους» είπε ο Åqvist σε δήλωσή του.
Η κίνηση των ηλεκτρονίων στις κβαντικές κουκκίδες είναι πολύ περιορισμένη. Αυτό στη συνέχεια επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο απορροφούν και απελευθερώνουν ορατό φως, επιτρέποντας πολύ φωτεινά χρώματα. Οι ίδιες οι κβαντικές κουκκίδες είναι νανοσωματίδια που λάμπουν κόκκινο, μπλε ή πράσινο και το χρώμα εξαρτάται από το μέγεθος των σωματιδίων. Οι μεγαλύτερες κουκκίδες γυαλίζουν κόκκινο και οι μικρότερες κουκκίδες γυαλίζουν μπλε. Η αλλαγή στο χρώμα εξαρτάται από το πώς τα ηλεκτρόνια δρουν διαφορετικά σε πιο περιορισμένους ή λιγότερο περιορισμένους χώρους.
Μεγάλες ανακαλύψεις, εξαιρετικά μικρά σωματίδια
Σε 1937, οι φυσικοί θεώρησαν ότι τα εξαρτώμενα από το μέγεθος κβαντικά φαινόμενα θα μπορούσαν να προκύψουν στα νανοσωματίδια. Ωστόσο, ήταν σχεδόν αδύνατο να γλυπτεί σε νανοδιαστάσεις, τόσο λίγοι πίστευαν ότι ήταν δυνατό.
Κατά τη διάρκεια της αρχές της δεκαετίας του 1980, ο Ekimov δημιούργησε κβαντικά εφέ ανάλογα με το μέγεθος σε έγχρωμο γυαλί. Το χρώμα του γυαλιού προήλθε από τα νανοσωματίδια του χλωριούχου χαλκού. Με αυτό το πολύχρωμο πείραμα, ο Ekimov έδειξε ότι το μέγεθος των σωματιδίων επηρέαζε το χρώμα του γυαλιού μέσω κβαντικών εφέ.
[Related: Quantum computers are starting to become more useful.]
Λίγα χρόνια αργότερα, ο Brus έγινε ο πρώτος επιστήμονας στον κόσμο που απέδειξε ότι τα εξαρτώμενα από το μέγεθος κβαντικά φαινόμενα στα σωματίδια επιπλέουν ελεύθερα σε ένα ρευστό. Ο Brus και ο Ekimov εργάζονταν πραγματικά ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλον όταν έκαναν τις αρχικές τους ανακαλύψεις.
Σε 1993, ο Bawendi έφερε επανάσταση στη χημική παραγωγή κβαντικών κουκκίδων. Οι τεχνικές του είχαν ως αποτέλεσμα σχεδόν τέλεια σωματίδια, τα οποία ήταν απαραίτητα για τη χρήση των κβαντικών κουκκίδων σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.
Οι κβαντικές κουκκίδες μπορούν πλέον να βρεθούν σε οθόνες υπολογιστών και οθόνες τηλεόρασης και ακόμη βοηθούν βιοχημικούς και χειρουργούς χαρτογράφηση ιστών και αφαίρεση όγκων.
Το περσινό βραβείο χημείας απονεμήθηκε επίσης σε μια τριάδα χημικών: την Carolyn R. Bertozzi για την εργασία της στη βιοορθογωνική χημεία μαζί με τους K. Barry Sharpless και Morten Meldal για τη δημιουργία των θεμελίων για τη χημεία κλικ.
