De Nobelprijs voor scheikunde van 2023 is toegekend aan een trio voor de ontdekking en ontwikkeling van deeltjes die zo klein zijn dat ze ooit voor onmogelijk werden gehouden. Ze worden op grote schaal gebruikt in televisieschermen, LED-verlichting en om chirurgen te begeleiden bij het verwijderen van kankertumoren.
Moungi G. Bawendi van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in de VS, Louis E. Brus van Columbia University in de VS en Alexei I. Ekimov van Nanocrystals Technology Inc. in New York in de VS zullen het prijzengeld van 11 miljoen Zweedse kronen (£822.910) delen.
Het trio heeft allemaal bijgedragen aan de ontdekking en ontwikkeling van kwantumdots, dat zijn nanodeeltjes (deeltjes van één tot 100 nanometer groot) die zo klein zijn dat hun grootte feitelijk hun eigenschappen bepaalt.
Zulke deeltjes gehoorzamen aan de regels van de kwantummechanica, die de natuur regelt op de kleinste schaal, wat betekent dat ze optische en elektronische eigenschappen hebben die verschillen van die van grotere deeltjes.
Kwantumstippen absorberen bijvoorbeeld licht en zenden het uit bij een andere golflengte – waarbij de resulterende kleur afhangt van de grootte van het deeltje.
Lees meer:
De toekomst is helder, de toekomst is … quantum dot televisies
Het werk begon in het begin van de jaren 1980 toen Ekimov ontdekte hoe je gekleurd glas kon maken met behulp van nanodeeltjes koperchloride. Een paar jaar later was Brus de eerste wetenschapper die bewees dat nanodeeltjes in een vloeistof kwantumeffecten vertonen.
In 1993 revolutioneerde Bawendi de chemische productie van kwantumdots, waardoor ze konden worden gebruikt voor praktische toepassingen zoals in de technologie en de gezondheidszorg.
Hoe kwantumstippen licht absorberen.
Johan Jarnestad/de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen, CC BY-SA
Waarom zijn kwantumdots zo belangrijk op het gebied van beeldschermen en medische beeldvorming?
Naarmate de technologie voor thuisgebruik en commercieel gebruik complexer is geworden, is ook de resolutie en het contrast van beeldschermen toegenomen. High definition-beeldschermen werden geïntroduceerd van 2003 tot 2009 en werden het dominante beeldschermtype dat beschikbaar was voor het publiek. De opvolger, ultra high definition, is de huidige standaard geworden.
Quantum dots hielpen het kleurengamma van het beeldscherm te vergroten zodat het nauwkeuriger het kleurengamma weerspiegelt dat het menselijk oog van nature kan waarnemen.
Een groot probleem voor technologie-onderzoekers was hoe ze het palet aan kleuren en subkleuren konden vergroten om dit te doen. Quantum dots geven ons die flexibiliteit en controle.
Quantum dots bieden uiteindelijk meer nauwkeurigheid bij het ontwikkelen van technologieën omdat je hun eigenschappen, zoals kleur, kunt veranderen door hun grootte te veranderen.
Nanotechnologische technieken stellen ons in staat om moleculen van verschillende grootte te maken, om verschillende golflengtes van licht nauwkeuriger en consistenter uit te stralen. Kwantumdots brengen ons veel dichter bij beeldschermen die het volledige kleurengamma dat mensen kunnen onderscheiden, reproduceren.
Quantum dots hebben ook de medische beeldvorming veranderd. Ze hebben bijgedragen aan de ontwikkeling van geavanceerdere systemen voor het opsporen van tumoren, het bestuderen van menselijke cellen, angiogrammen (een soort röntgenstraling om bloedvaten te onderzoeken) en zelfs camerageleide chirurgie en robotchirurgie.
Onderzoekers die het immuunsysteem en chemische reacties in het lichaam bestuderen, vertrouwen op kwantumstippen om hun studies nauwkeuriger te illustreren.
We hebben nog steeds niet het volledige potentieel van kwantumdots gerealiseerd. Ze hebben hun stempel al gedrukt op de technologische en medische sector. Maar ze hebben ook het potentieel om nauwkeurigere beelden te maken voor andere sectoren, zoals de astronomie. Ze zouden zelfs kunnen helpen bij het creëren van de volgende generatie zonneceltechnologie om de efficiëntie van zonnecellen voor energieproductie te verbeteren.
Nog niet zo lang geleden wisten we niet dat kwantumstippen verschillende frequenties hadden. Nu zijn ze een belangrijk onderdeel van de technologie in onze tv’s, onze lampen en de medische wetenschap die ziektes behandelt en diagnosticeert. Het is moeilijk te zeggen hoe we kwantumdots in de toekomst zullen gebruiken – de grens ligt misschien bij onze verbeelding.
Laurence Murphy adviseert JVC, Pansonic en SMPTE.
