Берлин Адольф


Химия вторгается в квантовый мир
Нобелевская премия по химии 2023 года


                                                                                                                                   

                                                                                                                                        

                                  

В наш век прогресса и тревоги

непознанное ждёт открытий:

талант идёт иной дорогой,

путь гения – от всех сокрытый.

                                

Лауреаты Нобелевской премии по химии 2023 г. (scientificrussia.ru)Рис.1. Лауреаты Нобелевской премии по химии 2023 г. (scientificrussia.ru)


Нобелевскую премию по химии 2023 года присудили троим работающим в США исследователям – Мунги Бавенди, Луису Брюсу и Алексею Екимову.

 

До официального оглашения произошло досадное недоразумение, когда ошибочно отправленное электронное письмо Королевской академией наук Швеции с именами лауреатов случайно попало в прессу. Шведская королевская академия наук обычно тщательно хранит в тайне имена лауреатов, а список номинантов даже держится в секрете полвека после оглашения победителей. К счастью, на этот раз в итоге, после официального голосования имена лауреатов совпали с указанными в непреднамеренно и преждевременно разосланном письме.

 

Оглашение решения Нобелевского комитета по химии (scientificrussia.ru)

Рис.2.Оглашение решения Нобелевского комитета по химии (scientificrussia.ru)

 

Нобелевская премия по химии 2023 года присуждена "за открытие, синтез и исследование квантовых точек".

 

В чём же состоит сущность открытия, за которое присуждена самая престижная научная премия и что собой представляют квантовые точки? Это полупроводниковые кристаллы размером в несколько нанометров. Нанометр – одна миллиардная часть метра (т.е. 10^-9 метра). В Нобелевском комитете привели такое сравнение: нанокристалл во столько раз меньше  футбольного мяча, во сколько раз мяч меньше размера нашей планеты.

 

 

В химии считают, что свойства вещества определяются, в первую очередь, его химическим составом, а также некоторыми условиями (например, агрегатным состоянием, температурой), но не зависят от размера образца. Оказалось же, что нанокристаллы настолько малы, что их некоторые физические свойства очень сильно зависят от размеров и формы. Например, имеется разница между энергетическими уровнями валентных электронов и электронов проводимости в полупроводниковом нанокристалле и в таком же объёмном полупроводнике. То есть у них запрещённая зона имеет разную величину (рис.3). В результате отличаются и связанные с этим физические свойства таких полупроводниковых материалов.


Упрощённая зонная структура полупроводника и диэлектрика. E  – уровень  Ферми (ru.wikipedia.org)

Рис.3. Упрощённая зонная структура полупроводника и диэлектрика.
E – энергия,
Ef  – уровень  Ферми (ru.wikipedia.org)

 

Больше столетия назад квантовая механика показала, что в микромире материя подчиняется другим, квантовым законам физики. Это относится и к нанокристаллам. Так что  ещё в 1930-х годах предсказывали возможность существования квантовых точек. Пришлось ждать полвека, пока уровень развития технологий позволил экспериментально получать нанокристаллы и контролировать их размер и форму. А в результате изучить их уникальные свойства, например оптические, теплоизоляционные или проводимость электрического тока. Притом эти качества можно менять варьированием размера нанокристаллов.

 

Эта Нобелевская премия показала, как совместными усилиями учёных, выходцев из разных стран, удалось открыть важную тайну природы и поставить её на службу всему человечеству, найдя новые области применения. А сколько ещё пользы смогут принести нанокристаллы в будущем?

 

Теперь коротко остановимся на научной деятельности лауреатов, истории открытия и получения нанокристаллических квантовых точек.

 

Первые квантовые точки хлорида меди в стеклянной матрице получил в 1981 году Алексей Екимов из Ленинградского Государственного оптического института имени Вавилова совместно с Александром Эфросом из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе. Они обнаружили, что в зависимости от размера получившихся частиц, стекло поглощало свет с разной длиной волны, меняя цвет стекла. Опубликованная на основе этих исследований статья в советском журнале на русском языке долго оставалась не прочитанной мировой научной общественностью.

 

Алексей Екимов (Alexei I. Ekimov) в 1999 году переехал в США, сейчас работает в Нью-Йорке в компании Nanocrystals Technology.

 

Через два года после советских учёных и независимо от них Луис Брюс (Louis E. Brus) с коллегами из лабораторий Белла исследовал поведение квантовых нанокристаллов в жидкостях. Они обнаружили, что оптические свойства коллоидного раствора наночастиц сульфида кадмия отличаются от свойств макрокристаллических образцов, но изменяются при стоянии. Это, как выяснили исследователи, связано с тем, что наночастицы со временем агрегируются друг с другом и растут, становясь похожими на обычные макрокристаллы по способности поглощать свет. Луи Брюс работал в частных американских компаниях, с 1990-х годов преподает в Колумбийском университете (США).

 

Третий лауреат, тунисско-французско-американский химик Мунги Бавенди (Moungi G. Bawendi) родился в Париже. В 1988 году получил степень бакалавра химии в Чикагском университете. В настоящее время работает в Массачусетском технологическом институте. Он с коллегами в 1993 г. разработал удобный воспроизводимый способ получения коллоидных растворов нанокристаллов с узким распределением по размеру. До того проблема была в том, что существующие методики методом проб и ошибок давали непредсказуемые разноразмерные нанокристаллические образцы. В результате исследований Бавенди произошла настоящая революция в химическом производстве квантовых нанокристаллов.

Где же нашли применение нанокристаллические квантовые точки? Их используют в промышленности в качестве новых катализаторов, при производстве светодиодных ламп, экранов компьютеров, телевизоров и в другой электронике. В медицинской практике, особенно в онкологии, нанокристаллы позволяют в организме пациента ”подсветить” опухоль для более точного и безопасного проведения операций.

--------------------------------
Размещено на сайте 31.10.2023



Чтобы оставить комментарий, необходимо зарегистрироваться
  • В отечестве своём уж нет нобелеатов,
    Одни предатели, иноагенты, гады,
    Лишь за кордоном премии дают,
    И бывшим нашим, зачастую, там и тут… :(
    ***
    Дорогой Адольф, спасибо за интересную публикацию!
    Дай бог, чтобы очередное перспективное открытие пошло на благо мира, а не на войны.

  • Уважаемый Александр,

    спасибо, что откликнулись. К сожалению, многие открытия находят не только мирное применение. Но обычно это уже не вина первооткрывателей.

  • Адольф, дорогой, спасибо! Как все же хорошо, что есть люди, направляющие свои усилия на то, чтобы принести людям пользу, сделать жизнь лучше, а не на то, чтобы убить, ограбить и изнасиловать. Отлично рассказано. Спасибо!!!

  • Дорогая Людмила!

    Целиком согласен с Вами, хотя понимаю, как трудно многое осознавать в воюющей Украине. Рад, что мне удалось избежать заумного углубления в тему.

    Благодарю Вас за отзыв.

  • Уважаемый Адольф,
    Ваш очерк весьма познавателен, т.к. даёт инфо о последних достижениях в области химии, за что спасибо огромное!
    И что очень важно, Вы смогли рассказать о сложных вещах простым и доступным языком (а это не каждый умеет), так что даже мне, далёкому от науки, интересно и понятно читать.
    В дополнение к Нобелевской премии привожу фото золотой медали из Википедии. И там же, если набрать "Нобелевская премия" в Гугле, можно прочитать про интересную процедуру награждения, а также- про банкет в честь лауреатов и для поддержания замечательной традиции - достойно отмечать лучшие научные достижения. Н.Б.
    https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/thumb/8/8f/Nobel_Prize_Medal.jpg/300px-Nobel_Prize_Medal.jpg
    Медаль, вручаемая лауреату Нобелевской премии.

  • Уважаемый Николай,

    спасибо, что оценили моё стремление донести эту информацию до неподготовленного в данных областях читателя.

    Комментарий последний раз редактировался в Вторник, 7 Нояб 2023 - 16:35:46 Берлин Адольф
  • Мунги Бавенди, Луис Брюс и Алексей Екимов внесли значительный вклад в развитие и исследование квантовых точек. Мунги Бавенди является профессором материаловедения в Университете Пердью в США. Он разработал новые методы синтеза квантовых точек и изучил их электронные и оптические свойства.

    Луис Брюс работает в Университете Калифорнии в Лос-Анджелесе и специализируется на исследовании полупроводниковых наноструктур. Он внес большой вклад в понимание физических свойств квантовых точек и разработал новые методы их производства.

    Алексей Екимов является профессором физики в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова. Он провел много лет исследования квантовых точек и разработал методы их получения с высокой степенью контроля размера и формы.

    Их работы позволили расширить наше понимание квантовых точек и открыть новые возможности для их применения. Квантовые точки могут использоваться в солнечных батареях, светодиодных дисплеях, лазерах, фотонике и других технологиях. Они обладают уникальными оптическими и электронными свойствами, которые можно настроить путем изменения их размера и формы.

    Нобелевская премия по химии 2023 года подчеркивает важность исследований в области наноматериалов и квантовой физики. Эти открытия не только расширяют наше знание о природе материи, но и создают новые возможности для развития технологий и улучшения нашей жизни.

    В целом, статья предоставляет интересную информацию о недавно объявленных лауреатах Нобелевской премии по химии и их работе в области квантовых точек. Она подчеркивает важность научных открытий и исследований в современном мире, а также показывает, как эти открытия могут привести к новым возможностям и прогрессу.
    С уважением, Юрий Тубольцев

  • Уважаемый Юрий,

    благодарю за развёрнутую рецензию на публикацию.

  • Уважаемый Адольф,
    Спасибо за интересный очерк о замечательном достижении в области химии, которое было отмечено высшей наградой -Нобелевской премией! И среди трёх награждённых учёных, первым получил квантовые точки химик из России, Алексей Екимов (это был хлорид меди в стеклянной матрице, в 1981 году). И поскольку это открытие было опубликовано только в советском журнале на русском языке, то оно долго оставалось незамеченным мировой научной общественностью. Видимо, надо было Алексею Екимову переехать в США, в крупную компанию, чтобы его научный вклад сбыл замеченным. Или своевременно публиковаться в солидных зарубежных журналах, что и стараются делать в РФ многие учёные в наше время, если нет у них возможности уехать за рубеж.
    Уважаемый Адольф,
    недавно на сайте Вы опубликовали статью о награждённых физиках- нобелевских лауреатах, так что нам осталось ждать статьи о награждении Нобелевской премией в области медицины-физиологии, экономики, и конечно же, литературы!
    Что касается Нобелевской премии в области Защиты мира, то -судя по идущим в Мире войнам, в этом году не должно быть нобелевских лауреатов, если НИКТО не смог защитить Мир от войн, идущих в наше время !!!
    С наилучшими пожеланиями и с ожиданием новых очерков в этом направлении, В.А.

    Комментарий последний раз редактировался в Понедельник, 6 Нояб 2023 - 20:56:06 Андерс Валерия
  • Уважаемая Валерия!

    К большому сожалению, возможности научных публикаций за рубежом, а тем более поездок за границу появились в бывшем СССР лишь при поздней горбачёвской перестройке. Как относились до этого к моим попыткам научных публикаций, я писал на Острове:
    Неожиданная командировка в Штаты
    http://www.andersval.nl/konkursy/rasskazy-s-1-sentyabrya-2016/11378-neozhidannaya-komandirovka-v-shtaty

    Так что Алексей Екимов не мог в 1981 году ни печататься в США, ни переехать туда. Думаю, что и теперь антизападные российские власти в этих вопросах вернулись к советским порядкам.

    Спасибо за отклик на публикацию.

Последние поступления

Кто сейчас на сайте?

Коркмасов Анатолий   Шашков Андрей   Голод Аркадий  

Посетители

  • Пользователей на сайте: 3
  • Пользователей не на сайте: 2,324
  • Гостей: 1,360