Нобель попал в квантовую точку

Нобелевскую премию по химии в 2023 году присудили за «за открытие и синтез квантовых точек». Лауреатами стали американские ученые Муни Бавенди и Луи Брюс, а также физик Алексей Екимов, который родился в СССР и с 1999 года работает в США. Отвечая на вопросы журналистов об уместности награждения русского ученого на фоне боевых действий, которые ведет Россия, комитет заявил, что для науки «национальность не имеет значения». Именно эксперимент Алексея Екимова, проведенный еще в Советском Союзе, проложил дорогу последующим исследованиям и технологиям. В Нобелевском комитете пояснили, что лауреатам «удалось создать частицы настолько маленькие, что их свойства определяются квантовыми явлениями». Сегодня эту технологию используют в экранах телевизоров, светодиодных лампах и даже при удалении раковых опухолей. Эксперты отмечают, что «квантовые точки» уже давно ждали Нобелевской премии, и полагают, что в будущем еще не раз могут вручить премию за открытия именно в этой области.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Нобелевскую премию по химии присудили 62-летнему профессору Массачусетского технологического института (США) Муни Бавенди, 80-летнему профессору Колумбийского университета (США) Луи Брюсу и 78-летнему главному научному сотруднику компании Nanocrystals Technology Inc. (США) Алексею Екимову. Благодаря их исследованиям удалось открыть, а затем начать синтезировать «квантовые точки», сообщил Нобелевский комитет.

«Квантовая точка» (quantum dot, QD) — это не отдельные элементарные частицы, а системы, состоящие из десятков и сотен тысяч атомов и молекул.

«Когда материя сжимается до наноразмеров, возникают квантовые явления. Нобелевским лауреатам по химии 2023 года удалось создать настолько крошечные наночастицы, что их свойства определяются этими явлениями»,— пояснили в Нобелевском комитете. Также там отметили, что «квантовые точки» имеют большое значение в нанотехнологиях.

О возникновении квантовых эффектов, зависящих от размеров, в наночастицах знали давно, но до экспериментов лауреатов мало кто верил, что эти знания применимы на практике. Однако в начале 1980-х Алексей Екимов создал квантовые эффекты в цветном стекле, используя наночастицы хлорида меди. Несколько лет спустя Луи Брюс опубликовал статью о полупроводниковых микрокристаллах в коллоидных растворах, которые позже получили название коллоидных квантовых точек. Муни Бавенди же смог в 1993 году «вырастить» квантовые точки высокого качества, имеющие необходимые свойства для практического использования.

«Квантовые точки теперь освещают компьютерные мониторы и телевизионные экраны на основе технологии QLED, придают оттенок свету некоторых светодиодных ламп, а биохимики и врачи используют их для картирования биологических тканей. В будущем они могли бы внести свой вклад в гибкую электронику, крошечные датчики, более тонкие солнечные элементы и зашифрованную квантовую связь — поэтому мы только начали изучать потенциал этих крошечных частиц»,— заявили в Нобелевском комитете.

Отметим, что в ходе церемонии журналисты спросили членов комитета о том, почему награда была присуждена русскому ученому на фоне боевых действий России на Украине. «Когда дело доходит до отбора лауреатов Нобелевской премии, мы просто следуем процедуре определения наиболее важных открытий,— ответил генеральный секретарь Шведской королевской академии наук Ханс Эллегрен.— После этого мы определяем наиболее важных участников, внесших вклад в эти открытия, не обращая внимания на национальность или какие-либо другие факторы. Национальность здесь не имеет значения. К тому же это точно соответствует завещанию Альфреда Нобеля, который сказал, что премию должен получить самый достойный человек, независимо от национальности».

Отметим, что в 2022 году Нобелевскую премию вручили за «создание инструментов, позволяющих получать заданные молекулы при любых условиях». Лауреатами стали разработчики «клик-химии» американцы Кэролайн Бертоцци и Барри Шарплесс, а также их датский коллега Мортен Мельдаль. При этом в группу исследователей Барри Шарплесса входил российский ученый Валерий Фокин, которого эксперты Thompson Reuters ранее прочили на премию, но лауреатом он не стал, а вот господин Шарплесс получил премию во второй раз. Научный сотрудник лаборатории молекулярно-биологических и нейробиологических проблем и биоскрининга МФТИ Антон Шетнев уверен, что в исследованиях «квантовых точек» обойти имя российского ученого было бы просто невозможно, так как именно он заложил базу для дальнейшего развития темы. «Странно, что за это открытие так долго не присуждали Нобелевку, ведь разработка давно и активно применяется в разных областях»,— отмечает ученый.

С ним согласен доцент химического факультета МГУ Роман Васильев: «Ставку, что Нобелевскую вручат за квантовые точки, эксперты делали уже много лет». Открытия Екимова и Брюса показали, что «меняя размер кристаллика полупроводника, можно менять энергии электронов в этом кристаллике», говорит он. Это породило «огромный вал научных работ в 90-х», а сегодня разработка применяется так активно, что «в будущем можно ждать еще несколько Нобелей уже за революционное применение данной технологии». «Благодаря этому возможно манипулировать материей с точностью до одного атома, при этом не используя дорогостоящее оборудование. Это позволило перейти из области физики и установок, занимающих целый этаж, к химикам и колбе в лаборатории»,— замечает господин Васильев.

«Разработки нынешних нобелевских лауреатов являются большим достижением также и с точки зрения оптики,— отмечает руководитель лаборатории фотоники и оптической обработки информации НИЯУ МИФИ Ростислав Стариков.— Технологии с использованием квантовых точек позволяют создавать новые источники света, в частности источники лазерного изучения с заданными характеристиками — например, с синхронизированными модами». Благодаря синхронизации электромагнитных колебаний лазерного излучения получают лазеры со сверхкороткой длительностью импульса.

Господин Стариков также подчеркнул, что в России технологиями «квантовых точек» и их применением в лазерной технике занимаются ученики другого нобелевского лауреата — Жореса Алферова (премия по физике за 2000 год, совместно с Гербертом Кремером и Джеком Килби)

Стоит отметить, что привычный порядок объявления нобелевских лауреатов сегодня был нарушен. Комитет по ошибке отослал письмо с именами победителей раньше срока — журналисты получили сообщение в 7:30 по местному времени, хотя традиционно премию вручают в 11:45,— а затем объявил, что финальное решение еще не принято. Чуть больше четырех часов сохранялась интрига, изменят ли имена при официальном объявлении, однако этого все-таки не случилось. Вручение самой премии пройдет 10 декабря в Стокгольме: лауреаты разделят 11 млн шведских крон (примерно $1 млн).

Полина Ячменникова