Нобелевская премия по химии 2023 года присуждена ученому российского происхождения Алексею Екимову и его американским коллегам Луису Брюсу и Мунги Бавенди за открытие и синтез квантовых точек — полупроводниковых кристаллов размером в миллиардные доли метра, состоящих из нескольких тысяч атомов. Они способны поглощать свет в широком диапазоне, а излучать его в узком интервале длин волн, который определяется размерами нанокристалла. Таким образом, та или иная квантовая точка светится строго определенным цветом.
Как пояснил «Известиям» заместитель заведующего кафедрой химической физики МФТИ Виктор Надточенко, с эффектом квантовых точек человечество было знакомо задолго до того, как физики открыли эти объекты.
«В Древнем Египте дамы делали пудру, которую накладывали на веки для красоты и защиты от солнца, из материала, изменявшего свой цвет в зависимости от размеров помола. Это свойство как раз объясняется эффектом квантовых точек. А, например, в знаменитой картине Ван Гога «Подсолнухи» используется красящее вещество на основе кадмия, которое он, скорее всего, растирал до размера квантовых точек. В целом такие материалы бытуют в природе и используются давно, особенно художниками», — сказал Виктор Надточенко.
У квантовых точек множество интересных и необычных свойств, отметил Йохан Оквист, председатель Нобелевского комитета по химии. По мнению его представителей, открытия этих ученых «приносят наибольшую пользу человечеству», как это и завещал Альфред Нобель. Исследователи полагают, что «в будущем квантовые точки станут основой гибкой электроники, крошечных датчиков, более тонких солнечных элементов и зашифрованной квантовой связи» и изучение их потенциала пока в самом начале.
«На сегодняшний момент квантовые точки нашли множество применений в QLED-телевизорах, в качестве маркеров в медицине, а теперь и в активных средах лазеров и фотосенсорах, последними мы активно занимаемся», — рассказал заведующий лабораторией квантовой фотосенсорики МФТИ Виктор Попов.
Алексею Екимову 78 лет, он работал в ФТИ имени Иоффе и в Государственном оптическом институте имени Вавилова, с 1999 года — главный научный сотрудник компании Nanocrystals Technology Inc., США. Мунги Бавенди работает в Массачусетском технологическом институте, Луи Брус — в Колумбийском университете.
Как указано в пресс-релизе Нобелевского комитета, физики давно знали, что теоретически в наночастицах могут возникать квантовые эффекты, зависящие от размера, но на ранних этапах было практически невозможно делать подходящие для этого структуры. Поэтому мало кто верил, что эти знания найдут практическое применение.
В начале 1980-х годов Алексею Екимову удалось создать размернозависимые квантовые эффекты в цветном стекле. Цвет исходил от наночастиц хлорида меди, и Екимов продемонстрировал, что размер частиц влияет на цвет стекла посредством квантовых эффектов.
Несколько лет спустя Луи Брюс стал первым ученым в мире, доказавшим размернозависимые квантовые эффекты в частицах, свободно плавающих в жидкости. В 1993 году Мунги Бавенди совершил революцию в химическом производстве квантовых точек, в результате чего появились почти идеальные частицы, подходящие для практических применений.
Хайнер Линке, председатель Нобелевского комитет по химии, представляет открытие нобелевских лауреатов по химии 2023 года во время пресс-конференции в Королевской академии наук в Стокгольме. Фото: Global Look Press/TT/Claudio Bresciani
Алексей Иванович Екимов — один из плеяды ученых старой формации, который любое дело доводил до успеха, рассказала доктор физических наук, главный научный сотрудник Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе (Санкт-Петербург) Татьяна Шубина, работавшая вместе с нобелиатом. В частности, в 1976 году он получил Государственную премию СССР за исследование явлений, связанных с оптической ориентацией спинов электронов и ядер в полупроводниках.
«К сожалению, в 1999 году переехал в США. Но начинал свои работы в области квантовой физики еще в России. В частности, в 1989 году защитил докторскую диссертацию по теме «Квантовые размерные явления в полупроводниковых микрокристаллах». Он тогда назвал это микрокристаллами, потому что приставка «микро» относилась ко всему маленькому», — сообщила она.
Как рассказал «Известиям» ведущий научный сотрудник лаборатории фотоники кванторазмерных частиц МФТИ Иван Шуклов, свойства квантовых точек сегодня используются в большинстве современных дисплеев и телевизоров.
«Спектральные свойства квантовых точек зависят от их размера. Одно из самых популярных веществ, из которого делают дисплеи, — это селенид кадмия. Варьируя размеры его частичек от 3 до 5 нанометров, получают точки, которые излучают или поглощают синий, зеленый или красный свет. То есть это самая популярная сейчас классическая RGB-схема (red, green, blue) для дисплеев. В большинстве современных телевизоров используется именно она», — сказал Иван Шуклов.
Источник: Гавриил Григоров/ТАСС
«Квантовые точки можно назвать российским изобретением, которое сделал Екимов. Его соавтору Алексею Эфросу не досталось части премии, но в текущей обстановке, если кому-то из российских ученых ее дали, это большое достижение», — сказал Иван Шуклов.
Источник: Александр Демьянчук/ТАСС
«Мы используем квантовые точки для разработки аналитических систем. Они способны привязаться к антителу и быть использованы в иммунохимических тест-методах. К примеру, как тест на коронавирус. Преимущество заключается в цвете. Квантовые точки разного цвета свечения, и если к ним прикрепить разные антитела, то в одном тесте можно проверить сразу несколько аналитов», — сообщила специалист. Она отметила, что есть еще одна интересная технология. Квантовая точка сама по себе может быть чувствительной. Интенсивность ее свечения будет зависеть от нахождения в растворе определенного вещества. «Мы как раз в рамках проекта РНФ разрабатываем данную технологию. Синтезируем квантовые точки разного состава, выбираем оптимальный размер и цвет флуоресценции, ищем лучшую поверхность, чтобы повысить чувствительность», — пояснила Ольга Горячева.
