За что присудили Нобелевскую премию по химии в 2023 году

Объявление лауреатов по химии в этом году началось со скандала: за несколько часов до официальной трансляции издание Aftonbladet сообщило, что Королевская академия наук Швеции отправила журналистам пресс-релиз с именами победителей этого года. Вскоре Нобелевский комитет заявил, что решение пока не принято, но в итоге наградил тех же людей, которые и были упомянуты в сообщении.

Сейчас все три лауреата живут и работают в США, но открытие квантовых точек было совершено в СССР. Сотрудник Государственного оптического института имени С. И. Вавилова Алексей Екимов задался вопросом, почему одно и то же вещество придает стеклу разный цвет в зависимости от температуры нагрева и охлаждения при его производстве. Работая с полупроводниками (он уже получил за их изучение Государственную премию СССР), Екимов привык использовать оптические свойства материала, чтобы охарактеризовать его состав и кристаллическую структуру. В 1981 году, просвечивая рентгеном стекло с добавлением хлорида меди, ученый выяснил, что в нем формируются мельчайшие кристаллические частицы. От их размера зависело то, насколько стекло будет отражать или поглощать свет разного спектра, так Алексей Екимов понял, что имеет дело с квантовым эффектом.

«Он открыл это явление в Ленинграде в начале 80-х годов, а два других лауреата затем предложили важные усовершенствования этого открытия. Вместе с тем в российских СМИ Екимов почему-то именуется в основном как "выходец из СССР", "американский ученый с российскими корнями" и т. д. Но ведь то, что Екимов с 1999 года работает в США, — это лишь факт его личной биографии. Открытие-то он сделал в СССР! И впервые после Н. Н.Семенова сделанное в нашей стране открытие удостоено Нобелевской премии по химии», — прокомментировал новость доктор физико-математических наук, академик РАН Алексей Хохлов.

Обнаруженные Екимовым частицы, «настолько маленькие, что их свойства определяются квантовыми явлениями», назвали квантовыми точками. Через год его коллега Александр Эфрос создал теорию их работы (его премия обошла стороной). Независимо от советских ученых квантовые точки два года спустя открыл Луис Брюс из лаборатории Белла в США, который не был знаком с русскоязычными публикациями. Ученый работал с коллоидным раствором наночастиц сульфида кадмия (хотя слово «наночастицы» тогда еще не появилось) и заметил, что жидкость со временем меняет цвет. Оказалось, что кристаллы постепенно растут, а их оптические свойства зависят от их размера.

Но после этих открытий исследователи долгое время не могли научиться синтезировать квантовые точки определенного размера, чтобы лучше изучить эти частицы и применить полученные знания на практике. Эту задачу предстояло решить Мунги Бавенди, который в 1988 году пришел постдоком к Луису Брюсу. Американо-французский химик с тунисскими корнями предложил добавлять вещества, способные создавать наночастицы, в специальный растворитель, а затем при помощи изменений температуры контролировать рост кристаллов. Правда, воплотить идею удалось в 1993 году, когда Мунги руководил исследовательской группой в Массачусетском технологическом институте (где он работает до сих пор). Благодаря этому методу Бавенди стал одним из самых цитируемых химиков современности — ему, как и Брюсу, аналитики давно пророчили Нобелевскую премию.

Технологии с использованием квантовых точек уже нашли широкое применение — начиная от экранов телевизоров и заканчивая медициной. Но ученые уверены, что исследования на эту тему принесут еще много новых изобретений: от гибкой электроники (например, планшетов, экран которых можно складывать пополам или сворачивать в трубочку) до миниатюрных датчиков, деталей солнечных батарей и оборудования для квантовой передачи информации.

Автор: Екатерина Мищенко