Размер имеет значение

Нобелевский комитет Шведской академии наук объявил лауреатов Нобелевской премии по химии за 2023 год. Ими стали Мунги Дж. Бавенди (Массачусетский технологический институт (MIT), Кембридж, Массачусетс, США) Луис Э. Брюс (Колумбийский университет, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США) и Алексей Иванович Екимов (Nanocrystals Technology Inc., Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США). Как сообщается в официальном пресс-релизе комитета, премия вручена «За открытие и синтез квантовых точек».

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Квантовые точки — наглядная иллюстрация того, что размер имеет значение. Это наночастицы, свойства которых определяются не только их составом, но и размером. То есть у наночастиц разного размера, но одинакового состава разные свойства.

Первым человеком в мире, который на практике доказал существование квантовых точек, еще в 1980-е годы стал советский ученый из Физико-технического института имени Иоффе (Санкт-Петербург, Россия) Алексей Екимов. Ему удалось создать размерно-зависимые квантовые эффекты за счет внедрения наночастиц хлорида меди в стекло. От того, какого размера были наночастицы в стеклянной матрице, зависел цвет стекла. Американец Луис Брюс впервые в мире показал, что такого же эффекта можно добиться от частиц, свободно плавающих в жидкости.

Алексей Екимов, научный сотрудник Государственного оптического института имени Вавилова в Санкт-Петербурге, в 1980-х годах исследовал происхождение цвета стеклянных светофильтров, в состав которых входили полупроводниковые кристаллы сульфида кадмия и хлорида меди. Екимов связал цвет стекла с размерами включений этих полупроводников. Он также заметил, что нанокристаллы обладают любопытным свойством поглощать свет с более короткими длинами волн, чем когда тот же материал был представлен в большем формате. Екимов вместе с физиком-теоретиком Александром Эфросом из соседнего Физико-технического института им. А. Иоффе уже четко доказали, что спектры поглощения и излучения нанокристаллов определяются их размерами, а не составом — как если бы нить накаливания в лампочке можно было заставить излучать любой цвет, просто увеличив или уменьшив ее.

Чуть позже Луис Брюс, работавший с нанокристаллами сульфида кадмия в Bell Labs, сумел показать, что того же самого можно добиться от нанокристаллов, свободно плавающих в жидкости. С Брюсом работали молодые ученые Пол Аливасатос и Мунги Бавенди. Заслуга Бавенди — промышленная революция в производстве квантовых точек, которая произошла в 1993 году: он научился воспроизводимо получать наночастицы нужного размера.

А Аливасатос принял деятельное участие в коммерциализации квантовых точек, основав в 1999 году Quantum Dot Corporation (теперь она входит в Fischer Scientific), которая занималась диагностикой рака и другими медицинскими исследованиями; он же участвовал в создании компании Nanosys в 2001 году, работа которой привела к появлению жидкокристаллических телевизоров и дисплеев.

Сейчас квантовые точки есть практически в каждом доме. Мы видим их, когда смотрим на компьютерные мониторы, экраны телевизоров и телефонов. Они меняют свет светодиодных ламп, помогают лучше картировать биологические ткани.

Как говорится в официальном релизе Нобелевского комитета, уже сейчас «квантовые точки приносят человечеству огромную пользу. Исследователи полагают, что в будущем они смогут внести свой вклад в создание гибкой электроники, крошечных датчиков, более тонких солнечных элементов и зашифрованной квантовой связи, поэтому мы только начали изучать потенциал этих крошечных частиц».

Нобелевская премия по химии 2022 года вручена химикам, которые придумали и развили новую концепцию создания сложных органических соединений. Премию разделили между собой Каролин Рут Бертоцци (Стэнфордский университет, США), Мортен Мельдаль (Университет Копенгагена, Дания) и Барри Шарплесс (Исследовательский центр Скриппса, MIT, США). Официальная формулировка — «За разработку клик-химии и биоортогональной химии».

Российские ученые только однажды удостоились Нобеля по химии. Лауреатом стал Николай Семенов в 1956 году вместе с Сирилом Хиншелвудом. Однако, как следует из открытых архивов Нобелевского комитета, российские ученые не раз были буквально в одном шаге. Например, Дмитрий Менделеев не получил заслуженную награду только потому, что комитет решил вручить ему премию «в следующем году», побоявшись смерти другого ученого. Однако вскоре скончался сам Дмитрий Иванович. Из самых свежих «нелауреатов» можно смело называть Валерия Фокина, которого сам Шарплесс называл первооткрывателем той самой реакции, за которую он и получил второго Нобеля.

Иван Сергейко