Когда я училась в университете, был у нас такой предмет - Квантовая химия. Или попросту "КвантЫ". На самом деле, это был верх высшей математики, похожий на непостижимый Эверест. Зато экзамен прошёл на "ура!", ибо от нас потребовали лишь выучить наизусть уравнение Шрёдингера. Ну, это было просто. И давно. И никто тогда не мог даже представить, что мы увидим квантовое... ВСЁ. Начиная от квантовой психологии (?!) и заканчивая (или не заканчивая?) квантовым ракетным двигателем, который скоро унесёт живого человека за пределы солнечной системы. И, надеюсь, вернёт его обратно ещё при жизни.
Нобелевская премия по химии в 2023 году вручена за открытие и синтез квантовых точек. Что это такое и где сейчас самый-самый Эверест химии?
Рассказываю.
Представьте себе кристалл, скажем, хлорида меди (I) CuCl. Знакомое из школьной программы вещество красивого зелёного цвета. И пусть этот кристалл будет таким маленьким, что содержит в себе лишь 10000 атомов. Размер такой частицы будет не более 10 нм. Внутри такого кристалла, конечно, есть электроны, их массы и энергии посчитаны и известны. Волшебство состоит в том, что кинетическая энергия этих электронов выше, чем температура кристалла, выраженная в энергетических единицах (то есть произведение абсолютной температуры на постоянную Больцмана). Надеюсь, ситуация понятная?
К чему приводит такое состояние? Физические свойства у такого кристалла совсем другие, чем у кристалла нормальных размеров. Более того, его свойства зависят от его размеров, то есть, управляя размером кристалла, можно управлять его свойствами. И прежде всего речь идёт о свойствах, связанных с полупроводниковой проводимостью и оптическими эффектами.
Квантовые точки обладают уникальным характером люминесценции и уже применяются как маркеры для визуализации не только в биологии и медицине, но даже и в нефтегазовом деле.
Компьютерные и телевизионные дисплеи на основе квантовых точек уже несколько лет выпускаются компаниями LG Display, Samsung, Sony и другими.
На этом же свойстве особенной люминесценции замешана идея красителей для документов, которые невозможно будет подделать.
Квантовые точки могут даже изменять длину волны солнечного ультрафиолета на красный, что позволяет делать на их основе специальные покрытия для выращивания растений в теплицах.
Материал на основе квантовых точек, преобразующий солнечный свет в постоянный электрический ток, во много раз увеличит эффективность солнечных батарей.
Это - только несколько реальных примеров применения квантовых точек.
Какие же вещества годятся для создания квантовых точек? Те, которые являются хорошими полупроводниками. Например, элементарный кремний, селенид кадмия, фосфид индия, арсенид галлия, элементарный германий, и ещё много других.
Получается, что уравнение Шрёдингера существует не просто для красоты, но для того, чтобы управлять каждым отдельно взятым электроном.
Чудеса!...
