Нобелевская премия по химии присуждена 3 ученым за исследование наномира

Нобелевская премия по химии была присуждена в среду Мунги Г. Бавенди, Луису Э. Брюсу и Алексею И. Екимову за то, что они были пионерами наномира. Новые лауреаты открыли и разработали квантовые точки - полупроводники, состоящие из частиц, сжатых настолько, что их электронам едва хватает места для дыхания.

Полупроводники - это кристаллы, которые помогают питать нашу электронику. Но в то время как традиционные кристаллы могут быть довольно большими на молекулярном уровне, квантовая точка состоит всего из нескольких тысяч атомов, сжатых в пространстве диаметром всего в несколько нанометров. Разница в размерах между квантовой точкой и футбольным мячом примерно такая же, как разница между футбольным мячом и Землей, заявили в Нобелевском фонде.

Новость об ожидаемой победе лауреатов появилась ранее в среду утром в шведских средствах массовой информации, это была крайне необычная утечка информации, о которой затем сообщили Reuters и Associated Press за несколько часов до официального объявления Шведской королевской академии наук, которая присуждает премию.

Победители:

Доктор Бавенди, родившийся в 1961 году во Франции, является профессором Массачусетского технологического института и раньше учился у доктора Бруса в качестве постдокторского исследователя.

Доктор Брус, родившийся в 1943 году в Кливленде, является почетным профессором Колумбийского университета.

Доктор Екимов, родившийся в 1945 году в бывшем Советском Союзе, ранее был главным научным сотрудником компании Nanocrystals Technology, базирующейся в Нью-Йорке.

Почему комитет сказал, что они получили приз?

Электроны существуют на фиксированных расстояниях от ядра атома, с более высокими уровнями энергии, соответствующими большим расстояниям.Когда атомы получают энергию, их электроны временно перескакивают на большие расстояния и более высокие уровни. Когда они падают обратно вниз, электроны выделяют дополнительную энергию в виде света.

Основной принцип квантовой механики заключается в том, что объекты могут вести себя как частицы или как волны. То же самое справедливо и для электронов: подобно другим типам волн, они имеют частоту, которая связана с цветом испускаемого ими света. Ученым с 1930-х годов известно, что сжатие атомов в достаточно крошечный “контейнер” может увеличить частоту их электронов и изменить тип света, который материал поглощает или излучает. Этот контейнер представляет собой кристалл, называемый квантовой точкой, потому что он запускает волнообразное поведение, теоретизированное квантовой механикой.

Но эта мысль оставалась теоретической, потому что ученые не знали, как сжать материал до такой степени, чтобы вступили в силу такие квантовые эффекты. В 1970-х годах доктор Екимов начал изучать, как цветное стекло может отличаться по оттенку в зависимости от того, как долго оно нагревалось. Он обнаружил, что при нагревании внутри стекла образуются кристаллы хлорида меди. Чем меньше кристаллы, тем более голубым казалось стекло. Независимо друг от друга доктор Брус обнаружил тот же эффект, используя кристаллы сульфида кадмия.

Это были первые наблюдения квантового эффекта, который зависел от размера, а не от элементного состава материала. Тем не менее, ученым предстояло выяснить, как контролировать этот эффект, чтобы использовать его для реальных применений.

В 1990-х годах доктор Бавенди выяснил, как создавать квантовые точки с превосходным оптическим качеством. Их нужно было изготавливать в растворе, “тщательно контролируя их размер и поверхность”, - сказал доктор Аквист. Доктор Бавенди, добавил он, изобрел оригинальный химический метод, “позволяющий сделать именно это”. Этот прорыв произвел революцию в технологиях медицины и нашей повседневной электроники.

Квантовые точки теперь используются для настройки цветов светодиодных ламп и увеличения разрешения телевизионных экранов. Они также могут использоваться в качестве инструментов флуоресцентной визуализации в биомедицинских приложениях, таких как идентификация раковых тканей. Ожидается, что квантовые точки приведут к прогрессу в области электроники, солнечных элементов и зашифрованной квантовой информации.