Tegoroczną Nagroda Nobla z dziedziny chemii przyznano Moungi'emu Bawendiemu, Louisowi Brusowi oraz Alexeiowi Ekimovowi za odkrycie i syntezę kropek kwantowych. O komentarz w kwestii decyzji Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk poprosiliśmy prof. Szczepana Zapotocznego z Zakładu Chemii Fizycznej i Elektrochemii Wydziału Chemii UJ.

Prof. dr hab. Szczepan Zapotoczny (Zakład Chemii Fizycznej i Elektrochemii):

Trzej naukowcy: Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus and Alexei I. Ekimov zostali w tym roku wyróżnieni przez Komitet Noblowski w dziedzinie chemii, za odkrycie i badania tzw. kropek kwantowych. Kropki kwantowe to cząstki o bardzo małych rozmiarach, zwykle poniżej 10 nanometrów (1 nanometr to jedna miliardowa część metra), dla których zaczynają się ujawniać efekty kwantowe, które są nieobserwowalne dla tych samych materiałów w skali makroskopowej. Takie kropki, niewielkie nanocząstki, składają się zwykle z kilkuset do kilku tysięcy atomów tworzących kryształ, są zdolne do pochłaniania światła o danej barwie, a następnie emitują inny kolor zależny od rozmiaru cząstki, a nie tylko materiału, z którego są wykonane. To zjawisko, zwane fotoluminescencją, które jest bardzo efektywne w przypadku kropek kwantowych, jest podstawą ich wielu obecnych i przyszłych zastosowań. Począwszy od nowoczesnych wyświetlaczy w smartfonach o mniejszym niż tradycyjne ekrany zużyciu energii i lepszym oddawaniu barw, poprzez nowej generacji półprzeźroczyste ogniwa fotowoltaiczne, a na zastosowaniach biomedycznych kończąc.

"Nagroda Nobla jest potwierdzeniem ugruntowanej pozycji kropek kwantowych, które „nadały kolor” nanotechnologii, ale na pewno nie powiedziały one jeszcze swojego ostatniego słowa (...)"

Wiele kropek kwantowych opartych na związkach kadmu, czy też ołowiu było wcześniej syntezowanych, co z uwagi na toksyczność ograniczyło szerokie zastosowanie kropek odkrytych jeszcze w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku przez jednego z laureatów nagrody, Alexeia Ekimova. Obecnie, także kropki oparte na związkach innych metali takich jak cynk czy srebro znajdują zastosowanie także jako znaczniki fluorescencyjne w mikroskopowym obrazowaniu biomedycznym. Działają one podobnie do świateł odblaskowych, gdyż po przyczepieniu ich do cząsteczek aktywnych biologicznie, umożliwiają ich śledzenie w komórkach i tkankach poprzez obserwację świecenia związanych z nimi emitujących światło kropek kwantowych. Wytwarzanie z ich użyciem ogniw fotowoltaicznych daje szansę na łatwą integrację tych odnawialnych źródeł energii z architekturą, gdyż mogą one służyć jako półprzepuszczalne, kolorowe szyby. Ze względu na swoją wysoką trwałość i dobrze zdefiniowany kolor emisji światła wyświetlacze oparte na technologii kropek kwantowych, tzw. QLED, mają szansę zawojować nie tylko ekrany naszych smartfonów, ale także telewizorów, ograniczając przy tym zużycie przez nie energii.      

Takie zaawansowane technologie są coraz powszechniej obecne wśród nas. Nagroda Nobla jest potwierdzeniem ugruntowanej pozycji kropek kwantowych, które „nadały kolor” nanotechnologii, ale na pewno nie powiedziały one jeszcze swojego ostatniego słowa i mogą nas wkrótce zaskoczyć kolejnymi zastosowaniami.