ეს საინტერესოა

2023 წლის ნობელის პრემია ქიმიაში

2023 წლის ნობელის პრემია ქიმიის დარგში შვედეთის სამეფო მეცნიერებათა აკადემიამ  მონდი ბავენდის, ლუის ბრიუსსა და ალექსეი ეკიმოვს მიანიჭა კვანტური წერტილების აღმოჩენისა და სინთეზისთვის.

ნაწილაკების უმცირესი ზომებიდან გამომდინარე, კვანტურ სამყაროში ყველაფერი განსხვავებულად იქცევა, რაც კვანტური ეფექტითაა გამოწვეული. ნანოსამყაროს შესწავლაში კი სწორედ წლევანდელი ლაურეატები იყვნენ პიონერები.

1980-იანი წლების დასაწყისში ლუის ბრიუსმა და ალექსეი ეკიმოვმა ერთმანეთისაგან დამოუკიდებლად შექმნეს კვანტური წერტილები, რომლებიც ისეთი მცირე ზომის ნანონაწილაკებს წარმოადგენენ, რომ მათ თვისებებზე გავლენას კვანტური ეფექტები ახდენენ. 1993 წელს კი მონდი ბავენდიმ კვანტური წერტილების წარმოების რევოლუციური მეთოდი შეიმუშავა, რომელმაც ძალიან მაღალი ხარისხიდან გამომდინარე, უმნიშვნელოვანესი როლი ითამაშა დღევანდელ ნანოტექნოლოგიაში მათ დანერგვასა და გამოყენებაში.

XIX-XX საუკუნეებში ფიზიკოსებმა დაიწყეს სინათლის ოპტიკური თვისებების შესწავლა ფერადი მინების გამოყენებით, რისთვისაც თავადვე დაიწყეს მათი წარმოება. მნიშვნელოვანი მიგნება იყო, როდესაც შეამჩნიეს, რომ ერთ ნივთიერებას შეეძლო სრულიად სხვადასხვა ფერის მინის წარმოება. მაგალითად კადმიუმის სელენიდისა და კადმიუმის სულფიდის ნარევს შეეძლო მინისთვის მიეცა როგორც ყვითელი, ასევე წითელი შეფერილობა, იმის მიხედვით თუ რა ტემპერატურაზე ცხელდებოდა მინა და როგორ ხდებოდა მისი გაგრილება. საბოლოოდ კი აჩვენეს, რომ ფერს განაპირობებდა მინის შიგნით ჩამოყალიბებული ნაწილაკები, რის შემდეგაც გაირკვა, რომ ეს ფერი დამოკიდებული იყო ამ ნაწილაკთა ზომაზე.  ეს იყო ის, რაც  მეცნიერებმა ამ ნაწილაკების შესახებ იცოდნენ 1970-იან წლებამდე.

იმ ფაქტმა, რომ ერთი და იგივე ნივთიერებას შეეძლო მინისთვის სხვადასხვა ფერი მიენიჭებინა, ალექსეი ეკიმოვი ძალიან დააინტერესა და დაიწყო ამ საკითხის შესწავლა. იგი აკეთებდა მინას, რომლისთვისაც ფერის მისაცემად სპილენძის ქლორიდს იყენებდა. მინის გაცხელების დრო 1 საათიდან 96 საათამდე იყო, ტემპერატურა 500°C-დან 700°C-მდე ინტერვალში. გაცივებულ ნიმუშს რენტგენს უღებდა, რამაც მინაში ძალიან მცირე სპილენძის ქლორიდის ნაწილაკების ჩამოყალიბება დაადასტურა. ვინაიდან ზოგიერთ ნიმუშში ნაწილაკების ზომა სულ რაღაც 2 ნანომეტრი იყო, ზოგიერთში კი 30 ნანომეტრს აღწევდა, ცალსახა იყო, რომ ნაწილაკის ზომაზე მისი მიღების პროცესი ახდენდა გავლენას, ზომა კი თავის მხრივ სინათლის შთანთქმაზე მოქმედებდა. ყველაზე დიდი ზომის ნაწილაკები სინათლეს ისე შთანთქამდნენ, როგორც სპილენძის ქლორიდი, ხოლო რაც უფრო პატარა იყო ნაწილაკი, შთანთქმა ლურჯი ფერისკენ ინაცვლებდა. ეკიმოვი მალევე მიხვდა, რომ ზომაზე დამოკიდებულ კვანტურ ეფექტთან ჰქონდა საქმე და 1981 წელს ამ თემაზე თავისი ნაშრომი გამოაქვეყნა.

ამ დროისთვის ლუის ბრიუსი თავის კვლევაში მუშაობდა კადმიუმის სულფიდის ნაწილაკებზე, რომელთაც შეუძლიათ სინათლის დაჭერა და ამ ენერგიის გამოყენება რეაქციისათვის. სითხეში მყოფი სულფიდის ნაწილაკები ძალიან მცირე ზომის იყვნენ რეაქციის ფართობის გაზრდის მიზნით. თუმცა მუშაობის პროცესში  ბრიუსმა საკმაოდ უცნაური რამ შენიშნა, ლაბორატორიაში გარკვეული დროთ დატოვების შემდეგ, ნაწილაკთა ოპტიკური თვისებები შეიცვალა, ამის მიზეზად კი მათი ზომაში გაზრდა ივარაუდა, ამიტომ თავისი თეორიის დასამტკიცებლად კადმიუმის სულფიდის 4.5 ნმ-იანი და 12.5ნმ-იანი ნაწილაკების ოპტიკური თვისებები შეადარა, უფრო დიდი ზომის ნაწილაკებმა იგივე სიგრძის ტალღები შთანთქა, რომელსაც თვითონ კადმიუმის სულფიდი შთანთქავს, ხოლო უფრო მცირე ზომის ნაწილაკების შთანთქმამ ლურჯისკენ გადაინაცვლა. ისევე როგორც ეკიმოვმა, ბრუსმაც გააცნობიერა, რომ მას საქმე ჰქონდა ზომაზე დამოკიდებულ კვანტურ ეფექტთან და თავისი ნაშრომი 1983 წელს გამოაქვეყნა.

მიუხედავად ამ ორი ადამიანის უმნიშვნელოვანესი აღმოჩენისა, მათ მიერ მიღებული ნაწილაკების ხარისხისა და ზომების კონტროლი მაინც დიდ პრობლემას წარმოადგენდა. სწორედ ამის გადაჭრაზე დაიწყო მუშაობა წლევანდელი ნობელის პრემიის მესამე ლაურეატმა მონდი ბავენდიმ. 1993 წელს, დიდი გარდატეხა მოხდა, როდესაც მისმა ჯგუფმა ნანოკრისტალების წარმოსაქმნელად ზუსტად შერჩეული ნივთიერებათა თანაფარდობისა და ხსნარის ტემპერატურის რეგულირების წყალობით კონკრეტული ზომის ნანოკრისტალები გაზარდა, რომელთაც გამხსნელის წყალობით გლუვი და თანაბარი ზედაპირი ჰქონდათ. ნანოკრისტალები, რომლებიც ბავენდიმ მიიღო თითქმის იდეალური გახლდათ.

ვინაიდან წარმოების მეთოდი ასეთი მარტივი იყო, ეს მიღწევა რევოლუციური აღმოჩნდა, უფრო მეტმა ქიმიკოსმა დაიწყო და დღემდე აგრძელებს ნანოტექნოლოგიებზე მუშაობასა და კვანტური წერტილების შესწავლა. მათი გამოყენების მაგალითებს კი დღეს უკვე თითქმის ყოველდღიურად ვხვდებით მაგალითად QLED ტექნოლოგიებში.

მასალა მომზადებულია ნუცა შერმადინის მიერ.

სრულად

წყარო:www.nobel.org

გამოქვეყნებულია: 09-10-2023