Kémiai Nobel-díj, 2023: kvantumpöttyek, a nanovilág színes magjai
Kukovecz Ákos
A 2023-as kémiai Nobel-díjat Moungi Bawendi, Louis Brus és Alekszej Jekimov (Alexey Ekimov) kapta a kvantumpöttyek (quantum dot, QD) terén végzett egymástól független, de összekapcsolódó munkásságáért.
A kvantumpöttyek a nanoanyagok új osztályába tartoznak: nem szigorúan molekulárisak vagy tömbfázisúak, hanem jellemzően 1–10 nm közötti átmérőjű anyaghalmazok. Viselkedésüket a klasszikus fizika helyett kvantumhatások irányítják: tulajdonságaik a részecskeméret változtatásával modulálhatók, ahogy ezt Heiner Linke összefoglalójából is megtudhatjuk a Nobel-díj honlapján [1]. A QD-k elméleti alapjait a kvantummechanika „részecske a dobozban” problémájával magyarázhatjuk. Eszerint egy kvantummechanikai részecske hullámfüggvényének megengedett energiaállapotait döntően befolyásolja a „doboz” mérete. A hagyományos, nagyméretű, tömbfázisú félvezető részecskék valódi R sugara nagyobb, mint az adott rendszerben a Bohr-sugár (aeB, az exciton – kötött elektron-lyuk pár – elektron-lyuk távolsága), míg kvantumpöttyekben ez épp fordítva van (bal oldali ábra). Az R részecskesugár pontos értékétől függenek a megengedett energiaszintek, ezektől pedig a részecskék fényelnyelő és fényemittáló tulajdonságai is. A jobb oldali ábra ezt a jelenséget illusztrálja néhány közismert QD-re. Érdemes megfigyelni, hogy például a CdSe kvantumpöttyek optikai abszorpciója és emissziója szinte a teljes látható optikai spektrumtartományt lefedheti.
Tömbfázisú félvezető-részecske és kvantumpötty energiaszintjei diszkretizációjának illusztrálása (balra). Különböző anyagú félvezető kvantumpöttyek lumineszcens eltolódásai (jobbra)
