Нобелевский комитет Королевской академии наук Швеции объявил лауреатов Нобелевской премии по химии 2023 года. Премия присуждена трём учёным – американцам Мунги Бавенди и Луиcу Брюсу, а также российско-американскому физику Алексею Екимову «за открытие и синтез квантовых точек».
За всю историю вручения Нобелевской премии по химии лишь однажды награда доставалась русскому учёному – в 1956 году за исследование цепных химических реакций её был удостоен основоположник химической физики Николай Семёнов. Поэтому награждение Екимова – событие с большой буквы для отечественной науки. Да, Алексей Екимов больше двух десятилетий работает в США, но начал он свои исследования в области «квантовых точек» и добился главного прорыва ещё работая в СССР, а затем в России.
Алексей Иванович Екимов родился в 1945 году. Он окончил физический факультет Ленинградского государственного университета (ныне Санкт-Петербургский государственный университет), в 1974-м защитил кандидатскую по теме «Оптическая ориентация спинов носителей в полупроводниках», а в 1989-м – докторскую диссертацию «Квантовые размерные явления в полупроводниковых микрокристаллах». Работал в Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе и в Государственном оптическом институте им. С. И. Вавилова.
В 1976 году Екимов был удостоен Государственной премии СССР за цикл работ «Обнаружение и исследование новых явлений, связанных с оптической ориентацией спинов электронов и ядер в полупроводниках».
В начале 1980-х годов Алексею Екимову успешно изучал квантовые эффекты в цветном стекле. Он разработал и реализовал метод получения кристаллов нанометровых размеров в стеклообразных матрицах, позволивший получать кристаллы с размерами от единиц до десятков и более нанометров. В принципе, физики давно знали, что в наночастицах вещества могут возникать квантовые эффекты, зависящие от их размера и формы, однако именно советским учёным удалось впервые создать размерно-зависимые квантовые эффекты.
Екимов использовал нанокристаллы хлорида мед и успешно продемонстрировал, что их размер и форма влияет на цвет стекла посредством квантовых эффектов.
Например, крупные квантовые точки с размерами около 5 нанометров испускают красный и оранжевый свет, а точки с размером 2–3 нанометра – цвета в фиолетовой части оптического спектра.
Где используются квантовые точки?
С помощью технологии квантовых точек очень удобно создавать различные сенсоры и маркеры. Эти эффекты используют, например, в производстве светодиодных ламп, компьютерных мониторов и QLED-телевизоров. Биохимики и врачи используют их для картирования биологических тканей, например, быстро получая данные о присутствии маркеров злокачественных опухолей в крови. Также квантовые точки используются в лазерах, солнечных батареях и фотоэлектрических преобразователях и ещё много где.
Изучением квантовых точек в стекле А. Екимов занимался вместе с другими советскими учёным. Так он работал вместе Алексеем Онущенко, которого Нобелевский комитет не упомянул. «Первые полупроводниковые точки — микрокристаллы соединений AIIBVI, сформированные в стеклянной матрице, были предложены и реализованы А. И. Екимовым и А. А. Онущенко», — отмечал нобелевский лауреат по физике академик Жорес Алфёров. Алексей Екимов определил взаимосвязь между размерами нанокристаллов и спектроскопическими параметрами их поглощения. Теоретическое объяснение этого явления было дано им совместно с физиками Алексеем и Александром Эфросами.
Статья об этой работе была опубликована в Ленинграде ещё в 1981 году, однако вышла она на русском, и поначалу зарубежный научный мир её не заметил. «Тогда ещё мы были в каком-то смысле пионерами. Я думаю, год или полтора мы были первооткрывателями, я бы сказал», – отметил Алексей Екимов. Лишь когда вышли англоязычные варианты статьи, над этой проблемой начали работать и другие учёные.
«Несколько лет спустя Луис Брюс стал первым учёным, доказавшим размерно-зависимые квантовые эффекты в частицах, свободно плавающих в жидкости. В 1993-м Мунги Бавенди совершил революцию в химическом производстве квантовых точек, в итоге появились почти идеальные частицы. Такое высокое качество было необходимо для их использования», — говорится в пресс-релизе Нобелевского комитета.
С распадом Советского Союза Екимов начал работу за рубежом. Он был приглашённым профессором в Политехнической школе в Париже и Университете Клода Бернара в Лионе (Франция), в Институте Макса Планка в Мюнхене (Германия) и Осакском университете (Япония). С 1999 года и до сих пор Екимов работает в США в компании Nanocrystals Technology Inc.