Mindenki, aki a kémiával kapcsolatba kerül, megtanulja, hogy egy elem tulajdonságait az határozza meg, hogy hány elektronja van. Amikor azonban az anyag nanodimenzióssá zsugorodik, kvantumjelenségek lépnek fel; ezeket az anyag nagysága szabályozza. A 2023-as kémiai Nobel-díjasoknak olyan kicsi részecskéket sikerült előállítaniuk, amelyek tulajdonságait kvantumjelenségek határozzák meg. A részecskék, amelyeket kvantumpontoknak neveznek, manapság nagy jelentőségűek a nanotechnológiában.
– A kvantumpontoknak sok lenyűgöző és szokatlan tulajdonsága van. Fontos, hogy méretüktől függően különböző színűek – magyarázta a díj kihirdetésekor Johan Aqvist, a kémiai Nobel-bizottság elnöke.
A fizikusok régóta tudták, hogy elméletileg méretfüggő kvantumhatások léphetnek fel nanorészecskékben, de sokáig szinte lehetetlen volt nanodimenziós egységeket előállítani. Ezért kevesen hitték, hogy ezt a tudást a gyakorlatban is hasznosítani fogják. A problémát mutatja, hogy egy kvantumpötty mindössze néhány ezer atomból áll, és nagyjából annyival kisebb egy focilabdánál, mint amennyivel a focilabda mérete elmarad a Földtől.
Az 1980-as évek elején azonban Alekszej Ekimovnak sikerült méretfüggő kvantumhatásokat létrehoznia egy színes üvegben. Az utóbbi segítségével bizonyította, hogy a réz-klorid nanorészecskék mérete kvantumhatások révén befolyásolja az üveg színét. Louis Brus néhány évvel később folyadékban szabadon lebegő részecskékben is bizonyította ezeket a hatásokat.
Moungi Bawendi 1993-ban forradalmasította a kvantumpontok kémiai előállítását, ami biztosította, hogy szinte tökéletes nanorészecskék jöjjenek létre. Ez a kiváló minőség kellett ahhoz, hogy a részecskéket különféle alkalmazásokban használhassák.
A kvantumpontok most a QLED-technológián alapuló számítógép-monitorokat és televízióképernyőket világítják meg.
Egyes LED-lámpák fényét is ezek javítják fel, biokémikusok és orvosok pedig biológiai szövetek feltérképezésére is használják ezeket. A kvantumpontok tehát napjainkban igen hasznosak. A szakterület ismerői úgy vélik, hogy a jövőben hozzájárulhatnak apró szenzorok kifejlesztéséhez, vékonyabb napelemek előállításához és titkosított kvantumkommunikációhoz – a perspektíva lenyűgöző, miközben csak most kezdtük el feltárni az ezekben az apró részecskékben rejlő lehetőségeket.
Az idei kémiai Nobel-díjas díjas Moungi G. Bawend 1961-ben Párizsban született, a Massachusettsi Műszaki Egyetem, az MIT professzora. Az 1943-ban Clevelandben született Louis E. Brus a New York-i Columbia Egyetem professzora, míg a Szovjetunióban 1945-ben született Alekszej I. Ekimov a New York-i Nanocrystals Technology nevű vállalat munkatársa volt.
A három kutató a díjjal járó 11 millió svéd koronán egyenlő arányban osztozik. Kémiai Nobel-díjat magyar származású kutató legutóbb 2004-ben kapott. Akkor az 1937-ben Karcagon született Herskó Ferenc, azaz Avram Hersko – aki családjával 1950-ben vándorolt ki Izraelbe – a fehérjebomlás felfedezéséért érdemelte ki ezt az elismerést.
Az idei kihirdetés előtt példátlan eset történt. Pár órával a nevek hivatalos közzététele előtt egy svéd újsághoz eljutott a három díjazott neve. A díjat odaítélő Svéd Királyi Tudományos Akadémia szerint akkor még nem volt hivatalos a döntés, de a kiszivárgott nevek megegyeztek a díjazottakéval.
Benne volt a levegőben
Régóta benne volt a levegőben ennek a területnek az elismerése – nyilatkozta lapunknak Kukovecz Ákos intézetvezető egyetemi tanár. A Szegedi Tudományegyetem Kémiai Intézet professzora szerint a kvantum pontok a nanotechnológia ikonikus anyagai, ráadásul Ekimov munkássága megelőzte a nanotechnológiai tudományos forradalom korábban már elismert egyéb elindítóit: a pásztázó szonda mikroszkópot (1981, Nobel díj 1986), a fulleréneket (1985, Nobel-díj 1996) a grafént (2004, Nobel-díj 2010), valamint a szén nanocsövek (1991, Kavli-díj 2008) felfedezését is.
A kvantumpontok rendkívüli érdekessége az, hogy optikai és elektromos tulajdonságaik attól is függenek, hogy fizikailag mekkora a részecske. Emiatt például egy öt nanométer átmérőjű arany részecskéket tartalmazó rendszert egészen más színűnek látunk, mintha a részecskék kétszer ekkorák lennének benne. Ez teljesen ellentétes a szokásos, úgynevezett tömbfázisú anyagokkal szerzett hétköznapi tapasztalatainkkal. Érdekesség, hogy már az ókorból is van olyan tárgyi emlékünk (Lycurgus kehely, British Museum), ami mérethatás miatt eltérő színű részecskéket tartalmazó üvegből van, hasonlóan Ekimov Nobel-díjat érő kísérleti munkájához.
A szegedi professzor szerint a kvantumpontok gyakorlati jelentősége óriási: szó szerint mindennap találkozunk velük minőségi kijelzőkben (QLED televízió), de használják már őket gyógyászati alkalmazásokban, érzékelőkben, napelemekben és katalizátorokban is.
