Нобелевскую премию присудили за квантовые точки выпускнику Ленинградского университета

В среду, 4 октября, в Стокгольме представители Королевской шведской академии наук огласили решение о присуждении Нобелевской премии по химии за 2023 год. Лауреатами стали Мунджи Бавенди, Луис Брус и наш соотечественник, работающий в США, Алексей Екимов – за открытие и разработку квантовых точек.

Фото: NobelPrize.org

Награда нашла героев за открытие и разработку квантовых точек – как поясняется на сайте Нобелевской премии, эти крошечные частицы обладают уникальными свойствами и теперь распространяют свой свет от телевизионных экранов и светодиодных ламп. Они катализируют химические реакции, и их яркий свет может осветить опухолевую ткань для хирурга.

Нобелевским лауреатам по химии 2023 года удалось создать частицы настолько малые, что их свойства определяются квантовыми явлениями. Частицы, которые называются квантовыми точками, в настоящее время имеют огромное значение в нанотехнологиях.

“Квантовые точки обладают многими интересными и необычными свойствами. Важно отметить, что они имеют разные цвета в зависимости от их размера”, — говорит Йохан Оквист, председатель Нобелевского комитета по химии.

Физики давно знали, что теоретически в наночастицах могут возникать квантовые эффекты, зависящие от размера, но в то время было практически невозможно создавать скульптуры в наноразмерных размерах. Поэтому мало кто верил, что эти знания найдут практическое применение.

Однако в начале 1980-х годов Алексею Екимову удалось создать зависящие от размера квантовые эффекты в цветном стекле. Цвет был получен за счет наночастиц хлорида меди, и Екимов продемонстрировал, что размер частиц влияет на цвет стекла с помощью квантовых эффектов.

Несколько лет спустя Луис Брюс стал первым ученым в мире, доказавшим квантовые эффекты, зависящие от размера частиц, свободно плавающих в жидкости.

В 1993 году Мунджи Бавенди произвел революцию в химическом производстве квантовых точек, в результате чего были получены почти идеальные частицы. Такое высокое качество было необходимо для их практического использования.

Квантовые точки теперь освещают компьютерные мониторы и телевизионные экраны на основе технологии QLED. Они также придают нюансы свету некоторых светодиодных ламп, и биохимики и врачи используют их для картирования биологических тканей.

Таким образом, квантовые точки приносят человечеству величайшую пользу. Исследователи полагают, что в будущем они могли бы внести свой вклад в гибкую электронику, крошечные датчики, более тонкие солнечные элементы и зашифрованную квантовую коммуникацию – поэтому мы только начали изучать потенциал этих крошечных частиц.

Отметим, что выпускник физического факультета Ленинградского государственного университета Алексей Иванович Екимов известен как первооткрыватель нанокристаллических полупроводниковых квантовых точек, выполнивший пионерские исследования их электронных и оптических свойств. В объявлении Королевской шведской академии наук он аффилирован с Nanocrystals Technology Inc.

В преддверии оглашения «вердикта» Королевской Шведской академии наук эксперты, как это традиционно происходит, пытались спрогнозировать, кто же может стать в этом году лауреатом Нобелевской премии по химии.

При этом многие авторы прогнозов ориентируется на индекс цитирования возможных нобелевцев. Сайт Web of Science Clarivate опубликовал своих лауреатов по цитированию за 2023 год в сентябре. В области химии аналитическая компания выделила Джеймса Дж. Коллинза, Майкла Эловица и Станисласа Лейблера “за новаторскую работу по синтетическим генным цепям”, Шанкара Баласубраманяна и Дэвида Кленермана “за совместное изобретение методологии секвенирования ДНК следующего поколения”, а также Казунори Катаоку, Владимира Торчилина и Карен Л. Вули “за разработку инновационных лекарственных средств и методов нацеливания на гены и их доставки”.

В прошлом году «нобелевцами» стали Каролин Бертоцци, Мортен Мелдал и Барри Шарплес – «за разработку клик-химии и биоортогональной химии».Американский исследователь Барри Шарплесс и датчанин Мортен Мелдал заложили основу функциональной формы химии — так называемой клик-химии, в которой молекулярные строительные блоки быстро и эффективно соединяются друг с другом. А Каролин Бертоцци вывела химию кликов на новый уровень и начал использовать ее в живых организмах. Интересно, что Барри Шарплесс уже стал в 2001 году лауреатом Нобелевской награды по химии, разделив премию с Рёдзи Ноёри и Уильямом Ноулзом «за исследования, используемые в фармацевтической промышленности».

Первым в истории лауреатом «Нобеля» по химии стал голландец Якоб Хендрик Вант-Гофф. С тех пор, с 1901 по 2021 год Нобелевская награда по химии присуждалась 113 раз – и ее за этот период получили 189 человек. Примерно в половине (63 раза) случаев Нобелевскую премию по химии вручали одному-единственному лауреату, и примерно одинаковое количество раз награду присуждали двоим (25 раз) и троим (26 раз) ученым.

Нобелевская премия по химии сопровождается вручением золотой медали и денежной награды в размере 10 миллионов крон (более 1,1 млн американских долларов). В уставе Нобелевского фонда сказано, что сумма премии может быть разделена поровну между двумя работами, каждая из которых считается удостоенной премии: «Если награждаемая работа создана двумя или тремя людьми, премия присуждается им совместно. Ни в коем случае сумма приза не может быть разделена между более чем тремя людьми».

Первым человеком, сумевшим дважды получить Нобелевскую награду по химии, стал Фредерик Сангер, удостоенный премии в 1958 и 1980 годах. В числе награжденных химиков есть и другие «дважды нобелевцы»: так, американский химик и активист Линус Паулинг получил в 1954 году «Нобеля» по химии, а через восемь лет – и премию мира), а Мари Кюри помимо «химической» награды получившая также и премию по физике.

Средний возраст нобелевских лауреатов премии по химии составляет 58 лет. Самым молодым награжденным по-прежнему считается 35-летний Фредерик Жолио, получивший вместе со своей супругой Ирен Жолио-Кюри премию в 1935 году. А самым пожилым лауреатом в 2019 году стал 97-летний американский ученый Джон Гуденаф.

Как и в случае с наградой по физике, «Нобель» по химии остается преимущественно мужской наградой. Женская часть удостоенных премии химиков представлена Мари Кюри, ее дочерью Ирен Жолио-Кюри, Дороти Кроуфут Ходжкин, Ада Йонат и награжденной в 2018 году Фрэнсис Арнольд. А еще в 2020 году обладательницами «Нобеля» по химии оказались две женщины – французская исследовательница в области микробиологии, генетики и биохимии Эммануэль Шарпантье и американская ученая-биохимик  Дженнифер Дудна – за развитие метода редактирования генома. Но в 2022 году «женского полка» среди нобелевцев-химиков прибыло – за счет Каролин Бертоцци.