Nobelprijs scheikunde 2023. Voor het maken van kwantumdots
Quantum dots verlichten wellicht het scherm waar u nu naar kijkt. Ze verlichten computermonitoren en televisieschermen op basis van QLED-technologie. Ze voegen ook nuance toe aan het licht van sommige LED-lampen, en biochemici en artsen gebruiken ze om biologisch weefsel in kaart te brengen.
Iedereen die scheikunde op school heeft gehad, weet dat bij een element de eigenschappen (zoals atoomgewicht) worden bepaald door het aantal elektronen dat het heeft. Wanneer materie echter krimpt tot nano-dimensies gaan er kwantumverschijnselen ontstaan; deze worden beheerst door de omvang, de grootte van het deeltje. De Nobelprijswinnaars in de scheikunde 2023 zijn erin geslaagd deeltjes te produceren die zo klein zijn dat hun eigenschappen worden bepaald door kwantumverschijnselen.
Bld Johan Jarnestad - The Royal Swedish Academy of Sciences
Afmeting bepaalt kleur
De deeltjes, die kwantumdots worden genoemd, zijn van groot belang in de nanotechnologie. “Quantum dots hebben veel fascinerende en ongewone eigenschappen. Belangrijk is dat ze afhankelijk van hun grootte, verschillende kleuren hebben”, vertelt Johan Åqvist, voorzitter van het Nobelcomité voor Scheikunde.
Theorie en praktijk
Natuurkundigen wisten al lang dat in theorie - afhankelijk van de grootte kwantumeffecten - zouden kunnen optreden in nanodeeltjes, maar in die tijd was het vrijwel praktisch onmogelijk om in nanodimensie zoiets te creëren. Daarom geloofden maar weinig mensen de theorie in praktijk zou worden gebracht.
Glas en vloeistof kleuren
Begin jaren tachtig slaagde Alexei Ekimov er echter bij gekleurd glas in van grootte-afhankelijke kwantumeffecten te maken. De kleur kwam van nanodeeltjes koper chloride en Ekimov toonden aan dat de grootte van het deeltje via kwantumeffecten de kleur van het glas beïnvloedde.
Een paar jaar later werd Louis Brus de eerste wetenschapper in de wereld die grootte-afhankelijke kwantumeffecten kon bewijzen in deeltjes die vrij in een vloeistof zweven.
Het maken van perfecte deeltjes
In 1993 zorgde Moungi Bawendi voor een revolutie in de chemische productie van kwantumdots, wat resulteert in bijna perfecte deeltjes. Deze hoge kwaliteit was noodzakelijk om ze te kunnen gebruiken in praktische toepassingen. Quantum dots verlichten nu computermonitoren en televisieschermen die gebaseerd zijn op QLED-technologie. Ze voegen kleurnuance toe aan sommige LED-lampen, en biochemici en artsen gebruiken ze om weefsels in kaart te brengen.
De nobelprijswinnaars Moungi Bawendi, Louis Brus en Alexei Ekimov Bld. Ill. Niklas Elmehed / Nobel Prize Outreach
Het mooie ook van deze stapeling van drie ontdekkingen is dat het in het klein laat zien hoe wetenschap kennis en verschillende ontdekkingen accumuleert. Natuurlijk zijn er bij het maken van de quantumdeeltjes in het lab van Bawendi nog wel honderdduizend andere ontdekkingen gebruikt. Maar deze drie waren, juist hier in deze periode, heel belangrijk.
Tussenstation
We, de mensheid en zijn wetenschappers, zijn nog maar net begonnen met het verkennen van de enorme mogelijkheden ervan. Onderzoekers denken dat ze in de toekomst kunnen bijdragen aan flexibeler elektronica, kleinere sensoren, dunnere zonnecellen, codering, kwantumcommunicatie en wie weet wat meer.
.gif)
