Квантовые точки, используемые в QLED-телевизорах: за что вручили Нобелевскую премию по химии 2023г
Нобелевскую премию по химии 2023 года присудили специалистам из США Мунги Бавенди, Луиcу Брюсу и Алексею Екимову с формулировкой «за открытие и разработку квантовых точек». Открытие перевернуло мир как с точки зрения новых знаний о структуре вещества, так и практического применения, отмечает профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха Павел Постников. Технологии, основанные на квантовых точках, применяются в электронике, биологии, сенсорике и энергетике. Самый банальный пример — QLED-телевизоры.
Нобелевские лауреаты по химии
Как сообщает Шведская королевская академия наук (The Royal Swedish Academy of Sciences), Нобелевская премия по химии 2023 года присуждается Мунги Бавенди (Массачусетский технологический институт, США), Луису Брусу (Колумбийский университет, США) и Алексею Екимову (компания Nanocrystals Technology Inc., США) «за открытие и разработку квантовых точек — наночастиц, настолько крошечных, что размер определяет их свойства».
Квантовые точки (или нанокристаллы) — это полупроводниковые частицы размером в несколько нанометров, которые способны к флуоресценции (это когда материал поглощает свет и потом излучает его в виде яркого свечения). Для примера, подумайте о светящихся маркерах. Когда вы пишете ими на бумаге и подносите источник света, чернила на бумаге начинают светиться. Это происходит из-за флуоресценции — чернила поглощают свет и потом излучают его обратно.
Благодаря своему размеру квантовые точки обладают уникальными оптическими и электронными свойствами. Преимущество нанокристаллов — яркость и высокая фотостабильность, поэтому они светят долго и не выгорают в сравнении с флуоресцентными красителями. Квантовые точки, например, используются для обеспечения яркости экранов компьютеров и телевизоров. Они способствуют повышению качества передаваемого изображения.
Квантовые точки были впервые получены в 1981 году Алексеем Екимовым, а затем, в 1983 году, Луисом Брусом.
«Каждый, кто изучает химию, знает, что свойства элемента определяются количеством электронов, которые он имеет. Однако когда материя сжимается до наноразмеров, возникают квантовые явления. <...> Лауреатам Нобелевской премии по химии 2023 года удалось создать настолько маленькие частицы, что их свойства определяются квантовыми явлениями. Частицы, называемые квантовыми точками, сейчас имеют большое значение в нанотехнологиях», — отмечает Шведская королевская академия наук.
О лауреатах
Алексей Екимов родился в 1945 году в СССР, окончил физический факультет Ленинградского государственного университета. В 1981 году, работая в Государственном оптическом институте имени Вавилова в Ленинграде, он смог первым получить в стеклянной матрице квантовые точки из хлорида меди, придававшие стеклу различные цвета. Екимов продемонстрировал, что размер частиц влияет на цвет стекла посредством квантовых эффектов. С конца 90-х ученый работает в США, в компании Nanocrystals Technology Inc.
Фото: Nexdot
Луис Брюс родился в 1943 году в Кливленде. В 1969 году он получил степень доктора философии в Колумбийском университете, где сейчас преподает. В 1983 году Брюс синтезировал первый коллоидный раствор квантовых точек.
Луис Брюс
AIP Emilio Segrè Visual Archives / wikimedia.org
Мунги Бавенди родился в Париже в 1961 году. В 1993 году Бавенди настолько усовершенствовал химическое производство квантовых точек, что удалось создавать почти идеальные частицы. Совместно с коллегами он разработал эффективный способ синтеза монодисперсных растворов квантовых точек необходимого размера. В настоящее время Мунги Бавенди работает в Массачусетском технологическом институте.
Мунги Бавенди
Фото: Massachusetts Institute of Technology
Значение открытия
«Квантовые точки — это наноразмерные кристаллические частицы, которые проявляют абсолютно уникальные свойства. Дело в том, что при достижении наноразмеров очень сильно меняются оптические уровни материала. Формально квантовые точки — это то, что принято называть нанотехнологиями, ведь их свойства обусловлены именно размером. <...> Сегодня у изобретения огромное количество применений: от электроники до биологии», — отмечает профессор Томского политеха Павел Постников, слова которого приводит пресс-служба ТПУ.
Все современные телевизоры с технологией QLED основаны на применении квантовых точек, отмечает ученый. Кроме того, они активно используются в биологии в качестве флуоресцентных меток, в фотовольтаике, для создания солнечных панелей с высокими показателями эффективности, в качестве фотокатализаторов и так далее.
«Изобретение квантовых точек, во-первых, открыло новые принципы организации материи. Благодаря им ученые поняли, что размер частиц является одной из базовых характеристик для создания материалов и получения каких-либо полезных свойств. Важно, что это открытие не было положено на полку – оно действительно во многом перевернуло мир с точки зрения применения научных открытий. Например, без квантовых точек не было бы сейчас семейства 2D- или тонкопленочных материалов», — добавил Павел Постников.
Нобелевскую премию по физике 2023 года присудили франко-американцу Пьеру Агостини (США), венгеро-австрийскому ученому Ференцу Краусу (Германия) и французской исследовательнице Анн Л’Юилье (Швеция). Награду ученые получили «за экспериментальные методы, которые продуцируют аттосекундные световые импульсы для изучения движения электронов в материи».