Размер имеет значение
Список лауреатов Нобелевской премии по химии 2023 года не вызвал в научном сообществе ни удивления, ни отторжения, ни споров. Значимость этого открытия признали давно и прочно, а широта его применения очевидна каждому, кто хоть раз пользовался смартфоном, например.
Имена лауреатов Нобелевской премии по химии этого года не раз называли в числе очевидных кандидатов. Поэтому, когда Нобелевский комитет Шведской академии наук объявил, что лауреатами в 2023 году стали Мунги Дж. Бавенди (Массачусетский технологический институт (MIT), Кембридж, Массачусетс, США), Луис Э. Брюс (Колумбийский университет, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США) и Алексей Иванович Екимов (Nanocrystals Technology Inc., Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США), все ученые одобрительно кивнули. Как сообщается в официальном пресс-релизе комитета, премия вручена «за открытие и синтез квантовых точек». Квантовые точки — это наночастицы, свойства которых определяются не только их составом, но и размером. То есть у наночастиц разного размера, но одинакового состава, разные свойства. Фактически это наглядная иллюстрация того, что размер имеет значение.
Физики еще в начале 20-х годов XX века рассчитали, что свойство одного атома и состоящего из атомов одного вида вещества кардинально отличаются друг от друга. Свойства вещества определяются законами физическими, а атомов — квантовыми. Но в какой момент и как именно одни свойства начинают преобладать над другими, удалось понять не сразу.
Теоретически обосновал существование промежуточного состояния между отдельными атомами и массивным веществом в 1937 году немецкий физик-теоретик Герберт Фрёлих. Кстати, с 1933 по 1935 год он работал в Физико-техническом институте в Ленинграде, но выкладки свои закончил уже в Лондоне. Он теоретически доказал, что с уменьшением размеров частиц электроны в составляющих их атомах начинают «терять пространство», что должно порождать необычные квантовые эффекты. В частности, в зависимости от размера должна меняться так называемая ширина запрещенной зоны — диапазон значений энергии, которыми не может обладать электрон в полупроводнике.