В 2023 году Нобелевская премия по химии была присуждена трем ученым - Мунги Бавенди, Луи Брюсу и Алексею Екимову - за "открытие и синтез квантовых точек", по-простому за работу, в результате которой мы имеем телевизоры и дисплеи с высоким разрешением.
Но что такое квантовые точки и почему они достойны Нобелевской премии? Давайте разберемся.
Квантовые точки представляют собой крошечные частицы или нанокристаллы полупроводникового материала диаметром от 2 до 10 нанометров (10-100 атомов). Когда размеры частиц настолько мало, на них все сильнее оказывают влияние квантовые эффекты. В следствие этих эффектов электроны в квантовых точках становятся "заключенными" в очень малом пространстве. Из-за этого "заключения" электроны получают ограниченные возможности движения и находятся в особых энергетических состояниях. Благодаря таким эффектам квантовые точки обладают уникальными оптическими и электрическими свойствами, в частности, могут излучать свет определенного цвета.
Одним из наиболее интересных свойств таких частиц является взаимосвязь между их размером и цветом. Для нас это свойство наиболее интересно. Возможность варьирования размера квантовой точки позволяет излучать различные цвета света при их освещении источником с одной длиной волны. Такое свойство веществ называется флюоресценция. При этом точки меньшего размера будут излучать синий свет, в то время как более крупные - в красной части видимого спектра.
С чисто фундаментального представления квантовые точки - это уникальные соединения, которые преодолевают разрыв между материей на атомном и молекулярном уровнях и объемным веществом. И благодаря своим высоко настраиваемым оптическим и электронным свойствам находят применение в ряде новых технологий. Одно из них - создание современных QLED-экранов телевизоров, в составе которых квантовые точки разного размера возбуждаются синим цветом, а излучают чистый красный и зеленый свет, придавая пикселям на экране трехцветный вид. Также они находят применение в биотехнологии, катализе, сенсорах, солнечных элементах и многом другом. В частности, Нобелевский комитет подчеркнул важность использования квантовых точек в медицинском оборудовании, которые применяются для исследования биологических тканей, так как флюоресценция квантовых точек яркая и долговечная. Это может помочь хирургам, к примеру, при удалении опухолей.
Однако, как показывают многочисленные исследования, потенциал квантовых точек еще далеко не исчерпан. С их помощью возможно создание более эффективных, надежных и компактных устройств, которые изменят нашу жизнь и принесут новые возможности в научных и технологических открытиях. Будущее квантовых точек обещает быть захватывающим и полным новых достижений.