Trường Sơn
Writer
Ngày 4/10, giờ địa phương, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển thông báo giải Nobel Hóa học năm 2023 được trao cho ba nhà khoa học: Hai nhà khoa học người Mỹ và một người Nga vì phát hiện và tổng hợp các chấm lượng tử, giúp thúc đẩy một cuộc cách mạng trong công nghệ nano.
Giải thưởng được chia đều giữa Moungi Bawendi, Louis Brus và Alexey Ekimov cho những khám phá về tính chất độc đáo của vật liệu nano và cách chế tạo chúng, mở đường cho các ứng dụng rộng rãi trong điện tử tiêu dùng, hóa sinh và y học.
Bawendi là một nhà hóa học người Mỹ gốc Pháp và Tunisia, làm việc tại MIT, Brus làm việc tại Đại học Columbia và Ekimov là nhà khoa học trưởng tại Nanocrystals Technology, một công ty có trụ sở tại New York.
"Trong một thời gian dài, không ai nghĩ rằng chúng ta có thể tạo ra những hạt nhỏ như vậy. Nhưng những người chiến thắng năm nay đã thành công", Johan Aqvist, Chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học, cho biết.
Đối với nhiều lĩnh vực khoa học, hiểu cách vật chất hoạt động ở quy mô vi mô là rất quan trọng. Do tính chất độc đáo của chúng, các chấm lượng tử có thể được sử dụng rộng rãi trong đèn LED, màn hình TV, pin mặt trời, hình ảnh y sinh, điện toán lượng tử và công nghệ nano.
Sự phát triển của công nghệ chấm lượng tử đã mang lại tiềm năng lớn cho các lĩnh vực năng lượng, y sinh, điện tử và quang tử, và được ca ngợi là một bước đột phá lớn trong cộng đồng khoa học. Ví dụ, việc ứng dụng các chấm lượng tử trong pin mặt trời có thể cải thiện hiệu suất chuyển đổi quang điện; Trong lĩnh vực y tế, các chấm lượng tử có thể được sử dụng làm đầu dò huỳnh quang để phát hiện các phân tử sinh học; Trong quang tử, các chấm lượng tử có thể được sử dụng làm nguồn photon để tạo ra các photon đơn lẻ, v.v.
Bài phát biểu giải Nobel Hóa học năm nay đã mô tả những đóng góp của ba người đoạt giải trong lĩnh vực chấm lượng tử: "Iquimov và Bruce độc lập tạo ra các chấm lượng tử, và Bavendi đã cách mạng hóa việc sản xuất các chấm lượng tử. Các thành phần nhỏ nhất của các công nghệ nano này hiện được sử dụng trong TV OLED và đèn LED để truyền ánh sáng, và các nhà hóa sinh và bác sĩ sử dụng chúng để lập bản đồ mô sinh học".
Alexei Ekimov
Alexei Ekimov là một nhà vật lý người Nga hiện đang làm việc tại Nanocrystals Technology Inc. Năm 1975, ông được trao Giải thưởng Khoa học và Kỹ thuật Nhà nước Liên Xô cho công trình nghiên cứu về định hướng spin của điện tử bán dẫn.
Vào những năm 20 của thế kỷ 80, khi làm việc tại Viện Quang học Nhà nước Vavilov, lần đầu tiên ông quan sát các chấm lượng tử. Ông đã thành công trong việc tạo ra các hiệu ứng lượng tử phụ thuộc kích thước trong kính màu. Màu sắc đến từ các hạt nano clorua đồng, và Ekimov đã chỉ ra rằng kích thước hạt ảnh hưởng đến màu sắc của thủy tinh thông qua các hiệu ứng lượng tử. Ông đặt tên cho chúng là "tinh thể hiệu ứng kích thước lượng tử" và công bố kết quả trên một tạp chí Nga.
Louis Bruce
Louis Bruce, giáo sư danh dự tại Đại học Columbia, đã độc lập phát hiện ra các chấm lượng tử khi làm việc tại AT&T Bell Labs vào năm 1983 và trở thành nhà khoa học đầu tiên trên thế giới chứng minh các hiệu ứng lượng tử phụ thuộc vào kích thước của các hạt trôi nổi tự do trong chất lỏng.
Ông đã tổng hợp các chấm lượng tử keo bằng cách khử muối kim loại trong dung môi hữu cơ và nghiên cứu các tính chất điện tử và quang học của chúng. Ông đã đặt ra thuật ngữ "chấm lượng tử" và giải thích hành vi của chúng bằng một mô hình đơn giản của các hạt trong một hộp. Ông cũng khám phá các hiệu ứng của hóa học bề mặt, hình dạng và khớp nối trên các chấm lượng tử.
Mongi Bavendi
Mongi Bavendi là giáo sư tại Viện Công nghệ Massachusetts và là chuyên gia hàng đầu về tổng hợp, mô tả và ứng dụng của các chấm lượng tử. Năm 1993, Bavendi đã thay đổi việc sản xuất hóa học của các chấm lượng tử, tạo ra cái mà ủy ban gọi là "các hạt gần như hoàn hảo". Sự phát triển này đã cho phép các chấm lượng tử được sử dụng trong các ứng dụng.
Ông đã phát triển các phương pháp mới để kiểm soát chính xác kích thước, hình dạng và thành phần của các chấm lượng tử. Ông cũng nghiên cứu các cơ chế vật lý của multiexciton, vận chuyển điện tích và ánh sáng chấm lượng tử. Ông đi tiên phong trong việc sử dụng các chấm lượng tử làm đầu dò huỳnh quang cho hình ảnh và cảm biến sinh học.
Điều đáng nói là những người đoạt giải Nobel Hóa học năm nay đã vô tình bị rò rỉ vài giờ trước khi nó được công bố. Một số phương tiện truyền thông nước ngoài đưa tin, sáng nay, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã gửi email tới truyền thông Thụy Điển, thông báo rằng "Giải Nobel Hóa học năm 2023 sẽ công nhận các nhà khoa học đã đạt được kết quả trong việc phát hiện và phát triển các chấm lượng tử", đồng thời tiết lộ tên của các nhà khoa học đoạt giải, đó là Bavendi, Bruce và Iquimov.
Các chấm lượng tử có một loạt các ứng dụng thực tế và triển vọng ứng dụng nổi bật. Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển cho biết trong một thông cáo báo chí phát hành cùng ngày rằng các chấm lượng tử đang mang lại nhiều lợi ích cho nhân loại.
Các đặc tính phát sáng của các chấm lượng tử có thể được sử dụng trong màn hình máy tính và TV dựa trên công nghệ QLED (công nghệ diode phát sáng chấm lượng tử), trong đó Q là viết tắt của chấm lượng tử. Trong các màn hình này, ánh sáng xanh được tạo ra bằng cách sử dụng điốt hiệu suất cao đã giành giải Nobel Vật lý năm 2014 và các chấm lượng tử được sử dụng để thay đổi màu của một phần ánh sáng xanh, chuyển đổi nó thành ánh sáng đỏ hoặc xanh lục, để có thể tạo ra ba màu cơ bản cần thiết cho màn hình TV.
Ngoài ra, ánh sáng phát ra từ các chấm lượng tử cũng có thể được sử dụng trong hóa sinh và y học. Các nhà hóa sinh kết hợp các chấm lượng tử với các phân tử sinh học để lập bản đồ các tế bào và cơ quan. Các bác sĩ đã bắt đầu điều tra tiềm năng sử dụng các chấm lượng tử trong việc theo dõi mô khối u trong cơ thể. Các nhà hóa học sử dụng các tính chất xúc tác của các chấm lượng tử để điều khiển các phản ứng hóa học.
Giải Nobel Hóa học được gọi là "Giải thưởng Khoa học Toàn diện", và giải thưởng năm nay được trao cho nghiên cứu công nghệ nano trong vật lý, thực sự phản ánh mối quan hệ chặt chẽ giữa vật lý, hóa học và khoa học vật liệu. "Vật lý, hóa học, khoa học vật liệu đều tập trung vào các chấm lượng tử, và hóa học cung cấp một cách để chuẩn bị các chấm lượng tử."
Giải thưởng được chia đều giữa Moungi Bawendi, Louis Brus và Alexey Ekimov cho những khám phá về tính chất độc đáo của vật liệu nano và cách chế tạo chúng, mở đường cho các ứng dụng rộng rãi trong điện tử tiêu dùng, hóa sinh và y học.
"Trong một thời gian dài, không ai nghĩ rằng chúng ta có thể tạo ra những hạt nhỏ như vậy. Nhưng những người chiến thắng năm nay đã thành công", Johan Aqvist, Chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học, cho biết.
Đối với nhiều lĩnh vực khoa học, hiểu cách vật chất hoạt động ở quy mô vi mô là rất quan trọng. Do tính chất độc đáo của chúng, các chấm lượng tử có thể được sử dụng rộng rãi trong đèn LED, màn hình TV, pin mặt trời, hình ảnh y sinh, điện toán lượng tử và công nghệ nano.
Sự phát triển của công nghệ chấm lượng tử đã mang lại tiềm năng lớn cho các lĩnh vực năng lượng, y sinh, điện tử và quang tử, và được ca ngợi là một bước đột phá lớn trong cộng đồng khoa học. Ví dụ, việc ứng dụng các chấm lượng tử trong pin mặt trời có thể cải thiện hiệu suất chuyển đổi quang điện; Trong lĩnh vực y tế, các chấm lượng tử có thể được sử dụng làm đầu dò huỳnh quang để phát hiện các phân tử sinh học; Trong quang tử, các chấm lượng tử có thể được sử dụng làm nguồn photon để tạo ra các photon đơn lẻ, v.v.
Alexei Ekimov là một nhà vật lý người Nga hiện đang làm việc tại Nanocrystals Technology Inc. Năm 1975, ông được trao Giải thưởng Khoa học và Kỹ thuật Nhà nước Liên Xô cho công trình nghiên cứu về định hướng spin của điện tử bán dẫn.
Vào những năm 20 của thế kỷ 80, khi làm việc tại Viện Quang học Nhà nước Vavilov, lần đầu tiên ông quan sát các chấm lượng tử. Ông đã thành công trong việc tạo ra các hiệu ứng lượng tử phụ thuộc kích thước trong kính màu. Màu sắc đến từ các hạt nano clorua đồng, và Ekimov đã chỉ ra rằng kích thước hạt ảnh hưởng đến màu sắc của thủy tinh thông qua các hiệu ứng lượng tử. Ông đặt tên cho chúng là "tinh thể hiệu ứng kích thước lượng tử" và công bố kết quả trên một tạp chí Nga.
Louis Bruce, giáo sư danh dự tại Đại học Columbia, đã độc lập phát hiện ra các chấm lượng tử khi làm việc tại AT&T Bell Labs vào năm 1983 và trở thành nhà khoa học đầu tiên trên thế giới chứng minh các hiệu ứng lượng tử phụ thuộc vào kích thước của các hạt trôi nổi tự do trong chất lỏng.
Ông đã tổng hợp các chấm lượng tử keo bằng cách khử muối kim loại trong dung môi hữu cơ và nghiên cứu các tính chất điện tử và quang học của chúng. Ông đã đặt ra thuật ngữ "chấm lượng tử" và giải thích hành vi của chúng bằng một mô hình đơn giản của các hạt trong một hộp. Ông cũng khám phá các hiệu ứng của hóa học bề mặt, hình dạng và khớp nối trên các chấm lượng tử.
Mongi Bavendi là giáo sư tại Viện Công nghệ Massachusetts và là chuyên gia hàng đầu về tổng hợp, mô tả và ứng dụng của các chấm lượng tử. Năm 1993, Bavendi đã thay đổi việc sản xuất hóa học của các chấm lượng tử, tạo ra cái mà ủy ban gọi là "các hạt gần như hoàn hảo". Sự phát triển này đã cho phép các chấm lượng tử được sử dụng trong các ứng dụng.
Ông đã phát triển các phương pháp mới để kiểm soát chính xác kích thước, hình dạng và thành phần của các chấm lượng tử. Ông cũng nghiên cứu các cơ chế vật lý của multiexciton, vận chuyển điện tích và ánh sáng chấm lượng tử. Ông đi tiên phong trong việc sử dụng các chấm lượng tử làm đầu dò huỳnh quang cho hình ảnh và cảm biến sinh học.
Điều đáng nói là những người đoạt giải Nobel Hóa học năm nay đã vô tình bị rò rỉ vài giờ trước khi nó được công bố. Một số phương tiện truyền thông nước ngoài đưa tin, sáng nay, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã gửi email tới truyền thông Thụy Điển, thông báo rằng "Giải Nobel Hóa học năm 2023 sẽ công nhận các nhà khoa học đã đạt được kết quả trong việc phát hiện và phát triển các chấm lượng tử", đồng thời tiết lộ tên của các nhà khoa học đoạt giải, đó là Bavendi, Bruce và Iquimov.
Vậy chính xác chấm lượng tử là gì?
Nói chung, tinh thể nano keo là những mảnh tinh thể có quy mô 1-100nm tồn tại trong dung dịch dưới dạng siêu bền, chủ yếu được chia thành tinh thể nano keo kim loại quý và tinh thể nano keo bán dẫn. Theo hiệu ứng giam cầm lượng tử cổ điển, khi bán kính hình học của các tinh thể nano keo bán dẫn nhỏ hơn bán kính Bohr exciton của vật liệu pha khối của chúng, mức năng lượng của dải hóa trị và dải dẫn sẽ được phân bố rời rạc và các tính chất của tinh thể nano trở nên phụ thuộc vào kích thước. Do đó, nghiên cứu cổ điển đề cập đến các tinh thể nano bán dẫn có kích thước bán kính nhỏ hơn hoặc gần với bán kính của exciton Bohr là các chấm lượng tử.Các chấm lượng tử có một loạt các ứng dụng thực tế và triển vọng ứng dụng nổi bật. Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển cho biết trong một thông cáo báo chí phát hành cùng ngày rằng các chấm lượng tử đang mang lại nhiều lợi ích cho nhân loại.
Các đặc tính phát sáng của các chấm lượng tử có thể được sử dụng trong màn hình máy tính và TV dựa trên công nghệ QLED (công nghệ diode phát sáng chấm lượng tử), trong đó Q là viết tắt của chấm lượng tử. Trong các màn hình này, ánh sáng xanh được tạo ra bằng cách sử dụng điốt hiệu suất cao đã giành giải Nobel Vật lý năm 2014 và các chấm lượng tử được sử dụng để thay đổi màu của một phần ánh sáng xanh, chuyển đổi nó thành ánh sáng đỏ hoặc xanh lục, để có thể tạo ra ba màu cơ bản cần thiết cho màn hình TV.
Ngoài ra, ánh sáng phát ra từ các chấm lượng tử cũng có thể được sử dụng trong hóa sinh và y học. Các nhà hóa sinh kết hợp các chấm lượng tử với các phân tử sinh học để lập bản đồ các tế bào và cơ quan. Các bác sĩ đã bắt đầu điều tra tiềm năng sử dụng các chấm lượng tử trong việc theo dõi mô khối u trong cơ thể. Các nhà hóa học sử dụng các tính chất xúc tác của các chấm lượng tử để điều khiển các phản ứng hóa học.
Giải Nobel Hóa học được gọi là "Giải thưởng Khoa học Toàn diện", và giải thưởng năm nay được trao cho nghiên cứu công nghệ nano trong vật lý, thực sự phản ánh mối quan hệ chặt chẽ giữa vật lý, hóa học và khoa học vật liệu. "Vật lý, hóa học, khoa học vật liệu đều tập trung vào các chấm lượng tử, và hóa học cung cấp một cách để chuẩn bị các chấm lượng tử."
