Królewska Szwedzka Akademia Nauk podjęła decyzję o przyznaniu Nagrody Nobla 2023 w dziedzinie chemii Moungiemu G. Bawendiemu, Louisowi E. Brusowi i Aleksiejowi I. Ekimowi „za odkrycie i syntezę kropek kwantowych”.
W poniedziałek rozpoczął się Tydzień Noblowski tradycyjnie od przyznania Nagrody Nobla z medycyny i fizjologii, którą otrzymali Katalin Karikó i Drew Weissman „za odkrycia dotyczące modyfikacji zasad azotowych nukleozydów, które umożliwiły opracowanie skutecznych szczepionek mRNA przeciwko COVID-19” (więcej na ten temat w tekście: Poznaliśmy laureatów Nagrody Nobla 2023 z medycyny i fizjologii). We wtorek poznaliśmy laureatów Nagrody Nobla z fizyki. Nagroda została przyznana Pierre’owi Agostiniemu, Ferencowi Krauszowi i Anne L’Huillier „za metody eksperymentalne generujące attosekundowe impulsy światła do badania dynamiki elektronów w materii” (więcej na ten temat w tekście: Przyznano Nagrodę Nobla 2023 z fizyki). Dziś dowiemy się, kto został uhonorowany Nagrodą z chemii. W czwartek Akademia Szwedzka ogłosi nazwisko laureata literackiej Nagrody Nobla, a w piątek Norweski Komitet Noblowski poinformuje o przyznaniu Pokojowej Nagrody Nobla. W następny poniedziałek poznamy laureata lub laureatów tzw. ekonomicznego Nobla, jedynej nagrody, której w swoim testamencie nie wymienił fundator nagrody Alfred Nobel. Nagrodę przyznaje Centralny Bank Szwecji.
Królewska Szwedzka Akademia Nauk podjęła decyzję o przyznaniu Nagrody Nobla 2023 w dziedzinie chemii Moungiemu G. Bawendiemu, Louisowi E. Brusowi i Aleksiejowi I. Ekimowi „za odkrycie i syntezę kropek kwantowych”.
Tegoroczna Nagroda honoruje odkrycie i rozwój kropek kwantowych. Mają one unikalne właściwości i obecnie i są wykorzystywane chociażby w wyświetlaczach LED. Katalizują reakcje chemiczne, a ich przejrzyste światło może oświetlić tkankę nowotworową dla chirurga. Naukowcy wierzą, że w przyszłości kropki kwantowe mogą przyczynić się do powstania elastycznej elektroniki, maleńkich czujników, cieńszych ogniw słonecznych i być może szyfrowanej komunikacji kwantowej.
W 1993 roku Moungi Bawendi zrewolucjonizował metody wytwarzania kropek kwantowych. Dzięki niemu ich jakość jest niezwykle wysoka, co jest niezbędnym warunkiem ich zastosowania w dzisiejszej nanotechnologii.
Na początku lat 80. Louis Brus i Aleksiej Ekimow stworzyli – niezależnie od siebie – kropki kwantowe, czyli nanocząstki tak drobne, że efekty kwantowe determinują ich charakterystykę.
Obecnie kropki kwantowe stanowią ważną część zestawu narzędzi nanotechnologii. Laureaci Nagrody Nobla 2023 w dziedzinie chemii byli pionierami w badaniu tego nanoświata.
Kropki kwantowe są stosowane w diodach elektroluminescencyjnych czy ogniwach fotowoltaicznych jako warstwa transportująca elektrony. To radzaj nanocząstek o długości od dwóch do pięciu nanometrów. Dla porównania, przeciwciała, które układ odpornościowy każdego z nas wykorzystuje do ataku na szkodliwe wirusy lub bakterie, mają szerokość dziesięciu nanometrów, a ludzkie włosy mają około 40 000 nanometrów szerokości.
Kropki kwantowe są znane nauce od lat 70. ubiegłego wieku, ale przez długi czas były wytworem czysto teoretycznym. Rozwój technologi pozwolił na tworzenie takich nanocząstek. Wyjątkowo małe rozmiary dają kropkom kwantowym wyjątkowe właściwości. Są to struktury krystaliczne wykonane z materiałów półprzewodnikowych. Pochłaniają i emitują promieniowanie wyłącznie o ściśle określonej energii. Ponieważ w podobny sposób ze światłem oddziałują atomy, kropki kwantowe często nazywa się sztucznymi atomami.
Wiadomo, że właściwości pierwiastka zależą od liczby posiadanych przez niego elektronów. Jednakże, gdy materia kurczy się do nanowymiarów, pojawiają się zjawiska kwantowe; są one regulowane przez wielkość. Laureatom Nagrody Nobla udało się wyprodukować cząstki tak małe, że o ich właściwościach decydują zjawiska kwantowe. Kropki kwantowe mają obecnie ogromne znaczenie w nanotechnologii.
- Kropki kwantowe mają wiele fascynujących i niezwykłych właściwości. Co ważne, mają różne kolory w zależności od rozmiaru – mówi Johan Åqvist, przewodniczący Komitetu Noblowskiego w dziedzinie chemii.
Fizycy od dawna wiedzieli, że teoretycznie w nanocząstkach mogą pojawiać się efekty kwantowe zależne od rozmiaru, ale wcześniej rzeźbienie w nanowymiarach było prawie niemożliwe. Dlatego niewiele osób wierzyło, że wiedza ta znajdzie zastosowanie w praktyce.
Jednak na początku lat 80. Aleksiejowi Ekimowowi udało się stworzyć w kolorowym szkle efekty kwantowe zależne od rozmiaru. Kolor pochodził od nanocząstek chlorku miedzi, a Ekimov wykazał, że wielkość cząstek wpływa na kolor.
Kilka lat później Louis Brus był pierwszym naukowcem na świecie, który udowodnił zależne od wielkości efekty kwantowe w cząstkach swobodnie unoszących się w cieczy.
W 1993 roku Moungi Bawendi zrewolucjonizował chemiczną produkcję kropek kwantowych, w wyniku czego powstały niemal doskonałe cząstki. Ta wysoka jakość była konieczna, aby można je było wykorzystać w zastosowaniach.
Nagrodę Nobla 2022 z chemii otrzymali Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal i K. Barry Sharpless „za rozwój technologii 'click' i chemii bioortogonalnej”.
Ubiegłoroczna Nagroda Nobla z chemii wyróżnia ułatwianie trudnych procesów. Barry Sharpless i Morten Meldal położyli podwaliny pod funkcjonalną formę chemii – technologię typu „click”, w której molekularne bloki budulcowe łączą się ze sobą szybko i wydajnie. Carolyn Bertozzi przeniosła tę technologię w nowy wymiar i zaczęła wykorzystywać ją w żywych organizmach.
Chemicy od dawna kierowali się chęcią budowania coraz bardziej skomplikowanych cząsteczek. W badaniach farmaceutycznych często wiązało się to ze sztucznym odtworzeniem naturalnych cząsteczek o właściwościach leczniczych. Doprowadziło to do powstania wielu godnych podziwu konstrukcji molekularnych, ale proces ich wytwarzania jest na ogół czasochłonny i bardzo drogi w produkcji (więcej na temat ubiegłorocznej Nagrody Nobla z chemii w tekście: Poznaliśmy laureatów Nagrody Nobla 2022 z chemii)
Regulamin Nagrody Nobla mówi, że można nią uhonorować maksymalnie trzy osoby. W ostatnim czasie Fundacja Noblowska podwyższyła wysokość nagrody do 11 milionów koron szwedzkich. To w przeliczeniu daje niecały miliony euro. Laureaci otrzymają także medal oraz dyplom.
Dotychczas przyznano 114 Nagród Nobla z chemii. Wśród laureatów jest Maria Curie-Skłodowska, która otrzymała Nagrodę Nobla z chemii w 1911 roku. Osiem lat wcześniej otrzymała Nagrodę Nobla z fizyki. Nobel z chemii sprawił, że była wówczas jedyną osobą, która dwukrotnie otrzymała tę prestiżową nagrodę. Od 1901 roku przyznano Nobla z chemii łącznie 190 osobom.
Frederick Sanger jako jedyny dwukrotnie otrzymała Nagrodę Nobla z chemii. W 1958 został wyróżniony za pionierską metodę ustalania struktury białek, a w 1980 roku został nagrodzony za opracowanie metody sekwencjonowania DNA.
Najmłodszym noblistą z chemii jest Frédéric Joliot, który miał 35 lat, gdy odbierał nagrodę w 1935 roku. Frédéric otrzymał nagrodę wraz Irène Joliot-Curie - córką Marii Skłodowskiej-Curie, za odkrycie sztucznej promieniotwórczości. Najstarszy to Johna B. Fenn nagrodzony w 2002 roku. Podczas ceremonii rozdania nagród miał 85 lat.
Źródło: nobelprize.org, fot. Osama Shukir Muhammed Amin FRCP(Glasg), CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
