Nobelpriset i kemi år 2023 tilldelas upptäckten och utvecklingen av kvantprickar/quantum dots. Priset delas mellan Moungi G. Bawendi från Massachusetts Institute of Technology (MIT) i USA, Louis E. Brus från Columbia University, USA, och Alexei I. Ekimov vid Nanocrystals Technology Inc., USA.
Kvantprickar är nanopartiklar som är så små att deras egenskaper styrs av kvantfenomen, som i sin tur beror på storleken. De används bland annat till att skapa ljus i teveskärmar och LED-lampor och till att guida kirurger när de ska avlägsna tumörvävnad från kroppen. I framtiden förväntas kvantprickar kunna användas till flexibel elektronik, minimala sensorer, tunnare solceller och kanske även krypterad kvantkommunikation. Läs mer i pressmeddelandet på nobelprize.org
Här nedan kommenterar forskare inom området årets Nobelpris:
Jens Birch, professor i materialvetenskap samt chef för enheten Nano Materials Science group vid Linköpings universitet
– Jättekul att priset gick till kvantpricksforskning! Det är väldigt bra tajmat för min del eftersom jag just nu ger min kurs Nanoteknologi för studenterna på Teknisk fysik och Kemi här på Linköpings universitet!
Tycker du att detta var värt Nobelpriset i kemi och i så fall varför?
– Absolut Ja! Kvantprickar blir alltmer centrala för tillämpningar inom många områden. Jag vet att det redan finns produkter för cancerdetektion och -behandling, vattenrening, solceller, belysning, skärmar och mycket mer. I framtiden kommer sannolikt även kvantdatorer och kryptografi att vara beroende av kvantprickar.
På vilket sätt har kvantprickar gagnat mänskligheten/samhället?
– Det har gett oss tillgänglighet till kvanteffekter som tidigare bara kunde ses i naturligt förekommande atomer och molekyler, där det är svårt att hitta dem som har exakt de egenskaper som vi vill utnyttja. Genom att skapa kvantprickar kan vi skapa “konstgjorda atomer” där kvanteffekterna kan anpassas efter våra behov för vissa tillämpningar. Till exempel för att skapa en intensiv bildskärm över hela det synliga ljusets spektrum.
Har du någon kommentar om de personer som fick priset?
– Jag är bekant med Louis Brus grundläggande arbete som har lett till exempelvis “Brus-ekvationen” – en grundläggande regel som styr kvantiseringen av egenskaper hos kvantprickar.
Borde detta vara ett pris i kemi eller ett pris i fysik?
– De personer som utförde det banbrytande arbetet med kvantpricksyntes var kemister som använde relativt enkel våtkemi så jag tror att äran bör gå till dem. Dessutom gjorde Brus, som är kemist, även visst grundläggande teoretiskt arbete som förklarade färgen på ljuset som utsändes av kvantprickar, även om kvantiseringen av egenskaper hade förutsagts av fysiker (och belönats med flera Nobelpris) långt innan deras arbete. En intressant kuriositet kan vara att kvantprickar faktiskt syntetiserades – och deras ovanliga storleksberoende färg av ljusemission rapporterades – redan 1926 (G. Jaeckel, Z. Tech. Phys. 6 (1926) 301), men de förstod inte orsaken.
Foto: Lunds universitet
Maria Messing, forskare vid Lunds universitet samt Deputy Director of NanoLund
Tycker du att detta var värt Nobelpriset i kemi och i så fall varför?
– Ja, absolut! Eftersom pristagarna lyckats visa att material på nanoskalan faktiskt har annorlunda egenskaper.
Har du någon kommentar om de tre personer som tilldelades priset?
– Jag känner inte till dem.
På vilket sätt har kvantprickar gagnat mänskligheten/samhället?
– Det har öppnat dörrarna för möjligheterna med nanoteknik. Kvantprickar används redan idag i bland annat bildskärmar och LED-lampor men de har stor potential för många olika användningsområden.
Har kvantprickarna några andra intressanta egenskaper förutom att de lyser?
– De har även andra elektroniska egenskaper som gör dem mycket intressanta. Det är bara det att det är just tillämpningarna som utnyttjar deras optiska egenskaper som har utforskats mest så här långt.
Borde detta vara ett kemipris eller fysikpris?
– Materialvetenskap är både kemi och fysik men jag tycker det är passande att priset delades ut i kemi eftersom pristagarna lyckats tillverka kvantprickarna och tillverkningsmetoderna de använt är i högsta grad kemi enligt min mening.
Anders Mikkelsen, professor vid Synchrotron Radiation Research samt direktör på forskningscentret NanoLund vid Lunds universitet.
Tycker du att detta var värt Nobelpriset i kemi och i så fall varför?
– Absolut, kvantprickarna var på många sätt startskottet för nanovetenskap och teknologi som ju har utvecklat sig till ett stort forskningsfält där olika discipliner går ihop. De visade hur kemisk syntes kan användas för att skapa drömsystem för fysiker där man kan kontrollera kvanteffekter genom att skapa nanopartiklar med atomär precision. Sen har det varit möjligt att skala upp industriellt på ett bra sätt så att kvantprickarna nu kan användas storskaligt i vårt samhälle.
På vilket sätt har kvantprickar gagnat mänskligheten/samhället?
– Kvantprickarna och nanopartiklar rent allmänt kan användas för hållbar teknologi både för att göra bättre solceller och fotokemi, medicinsk avbildning samt för energisnåla högprestanda-displayer. Dessutom har de startat en mycket större revolution där vi kontrollerar materialegenskaper på atomnivå och då kan tillämpa kvantteknik inom medicinen och för en hållbar industri.
Har kvantprickarna några andra intressanta egenskaper förutom att de lyser?
– De är också bra på att absorbera ljus, så de kan användas för solceller. De kan dessutom användas för fotokatalys, vilket gör dem intressanta för applikationer för hållbar kemi.
Borde detta vara ett kemipris eller fysikpris?
– Det kan passa in i båda kategorier. Detta är ett bra exempel på att kemi och fysik hänger ihop. Många stora upptäckter händer i gränslandet mellan discipliner så det är ett roligt ställe att vara.
Arbetar du själv med kvantprickar?
– Jag arbetar med alla möjliga nanostrukturer, dock inte precis med dessa typer av kvantprickar. Däremot arbetar jag med andra strukturer som har liknande egenskaper (det finns prickar, trådar, plattor etc. numera).
Tönu Pullerits, professor i kemifysik, Lunds universitet, samt ledamot i kemiklassen vid Kungl. Vetenskapsakademien.
Tycker du att detta var värt Nobelpriset i kemi och i så fall varför?
– Absolut, på många sätt. Det är ett spännande, välkontrollerat modellsystem för grundforskning. Ett antal tillämpningar finns redan nu och många potentiella sådana är under utveckling. Det är vackert rent visuellt – en hel regnbåge av lysande färger i labbet. Snyggt!
Har du någon kommentar om de tre personer som tilldelades priset?
– Jag känner till deras forskning och de är absolut värdiga pristagare. Priskommittén sätter stor vikt vid vem som var först och de tre var banbrytande på sina egna områden, vilket KVA förklarar väl i sin prismotivering. De finns många fler forskare som har vidareutvecklat metodiken på olika sätt och också bidragit med mycket viktig forskning men de kom senare.
På vilket sätt har kvantprickar gagnat mänskligheten/samhället?
– Även här sammanfattar KVA:s pressmeddelande det rätt bra. Jag själv använder en dataskärm där kvantprickar ger mycket rena färger. De används även som biomarkörer. Dessutom utvecklas de för användning i solceller, för kvant-kommunikation, tryckt elektronik och så vidare.
Har kvantprickarna några andra intressanta egenskaper förutom att de lyser?
– De har många andra intressanta egenskaper! Att de lyser som en rengbåge är det som är mest uppenbart och enklast att förklara. Ett annat exempel är att om objekt är så små, så är den relativa storleken av ytan mycket stor. Det innebär att kvantprickar har en stor potential för tillämpningar i katalysreaktioner på ytor. I och med deras starka växelverkan med ljus används de dessutom i fotokatalys. Denna applikation befinner sig fortfarande på forskningsstadiet men resultaten är lovande.
– En annan spännande inriktning är att använda kvantprickarna som Legobitar för att konstruera större strukturer. I vissa fall kan de själva organisera sig till större superstrukturer med intressanta egenskaper. Även detta är fortfarande pågående grundforskning med mycket spännande möjligheter för, bland annat, en helt annan typ av datorer som fungerar mer som hjärnan – så kallade neuromorphic computers.
Borde detta vara ett kemipris eller fysikpris?
– Det är ju så att det är just vid gränsområdena mellan olika forskningsfält som mycket spännande forskningsresultat kommer fram. Det är svårt att säga om kvantprickar av olika storlek som ger olika färg på grund av kvanteffekter är fysik eller kemi men när det gäller Bawendi’s syntes så är det ju klart kemi. Så om du frågar mig så är det ett välmotiverat kemipris. Kvantprickar är materialvetenskap, vilket är ett stort forskningsfält som överlappar både kemi och fysik. Jag tycker att det är kontraprodukivt att dra gränser mellan fälten, det är mycket bättre att använda styrkorna från dem båda!