Нобелевскую премию по химии присудили за квантовые точки

Лауреатами Нобелевской премии по химии 2023 года стали Мунги Бавенди (Moungi G. Bawendi), Луис Брюс (Louis E. Brus) и Алексей Екимов (Alexei I. Ekimov) — за открытие и исследование квантовых точек. За церемонией вручения премии можно наблюдать в прямом эфире на сайте Нобелевского комитета. Подробнее об исследованиях лауреатов рассказывает пресс-релиз. Вручение премий состоится 10 декабря в Стокгольме.

Квантовые точки представляют собой кристаллические полупроводниковые частицы размером в несколько нанометров. Из-за своего небольшого размера, их оптические свойства во многом определяются квантовыми эффектами, и поэтому они сильно отличаются от макрокристаллических полупроводников. В частности, разница между энергетическими уровнями валентных электронов и электронов проводимости в квантовых точках отличается от ширины запрещенной зоны в объемном полупроводнике, и сильно зависит от размера частицы. Поэтому свойства квантовых точек можно менять, варьируя их размер.

Первым квантовые точки из хлорида меди синтезировал в стеклянной матрице Алексей Екимов в 1981 году, работавший тогда в Государственном оптическом институте имени Вавилова в Санкт-Петербурге. Он обнаружил, что в зависимости от размера получившихся частиц, стекло поглощало свет с разной длиной волны. Статью о своих исследованиях Екимов опубликовал в советском журнале на русском языке, поэтому первое время она оставалась непрочитанной.

Через два года Луис Брюс с коллегами из лабораторий Белла, ничего не знавший об открытии Екимова, обнаружил, что коллоидный раствор наночастиц сульфида кадмия меняет свои оптические свойства при стоянии. Он сделал вывод, что частицы в растворе со временем растут, и по своей способности поглощать свет становятся похожими на обычные кристаллы сульфида кадмия. При этом когда частицы были достаточно маленькие, их свойства отличались от свойств макрокристаллических образцов.

А главная заслуга третьего Нобелиата — Мунги Бавенди из Массачусетского технологического института — в том, что он с коллегами разработал удобный способ синтеза монодисперсных растворов квантовых точек нужного размера. Дело в том, что уже существующие к моменту открытия Бавенди методики синтеза часто приводили к непредсказуемым результатам — в одинаковых экспериментах химики получали разные нанокристаллические образцы. А Бавенди смог разработать воспроизводящуюся методику синтеза, способную на выходе давать нанокристаллы с узким распределением по размеру.

В 2012 году один из лауреатов Луис Брюс попал в список вероятных будущих лауреатов Нобеля, когда его составляла еще компания Thomson Reuters. В 2020 году, уже в аналогичный список от компании Clarivate, попал Мунги Бавенди. А в этом году в него вошли три группы химиков. Джеймс Коллинз, Майкл Эловиц и Станислас Лейблер попали в список за свои работы в области искуственных генных схем. Шанкар Баласубраманиан и Дэвид Кленермэн — за новый метод секвенирования ДНК. А Кадзунори Катаока, Владимир Торчилин и Карен Вули — за разработку полимерных оболочек для доставки лекарств к мишени. Подробнее об ученых из списка читайте в нашем материале «Нобелевское предчувствие — 2023».

Последние годы Нобелевские премии по химии вручали за исследования в области органической химии. В 2022 году премию разделили Каролин Бертоцци, Мортен Мельдаль и Барри Шарплесс — за развитие методов клик-химии и биоортогональной химии, о которых можно прочитать в нашем материале «Клик — и готово». При этом Шарплесс получил премию уже во второй раз. А в 2021 году лауреатами стали Беньямин Лист и Дэвид Макмиллан за развитие асимметрического органокатализа, позволяющего получать органические вещества в оптически чистом виде. Подробнее о лауреатах 2021 года читайте в материале «Химия зазеркалья».