Giải Nobel Hóa học 2023: 'Ánh sáng mới' từ chấm lượng tử

Hội đồng Nobel tại Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển hôm 4-10 đã vinh danh 3 nhà khoa học Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus và Alexei I. Ekimov, những người gieo hạt giống quan trọng cho công nghệ nano.

Họ đã phát hiện và phát triển "chấm lượng tử", một vật liệu bán dẫn siêu mịn và là loạt hạt nano nhỏ tới mức kích thước quyết định tính chất của chúng. Ngày nay, chúng ở khắp mọi nơi quanh chúng ta, là thứ đem lại ánh sáng cho màn hình tivi và đèn LED, cũng như là "ánh sáng dẫn đường" trong các ca phẫu thuật phức tạp.

Các phát kiến đều dựa trên nguyên tắc cơ bản rằng tính chất của một nguyên tố sẽ bị chi phối bởi số electron mà nó có. Nhưng khi vật chất co lại đến kích thước nano thì sẽ phát sinh hiệu ứng cơ học lượng tử. Ba nhà khoa học đã tạo ra những hạt nhỏ đến mức tính chất của chúng được xác định bởi hiệu ứng lượng tử.

"Chấm lượng tử có nhiều đặc tính hấp dẫn và khác thường. Điều quan trọng là chúng có màu sắc khác nhau phụ thuộc vào kích thước của chúng" - Chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học Johan Åqvist nói.

Buổi họp báo công bố Giải Nobel Hóa học 2023 tại Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển hôm 4-10Ảnh: REUTERS

Nhà vật lý chất rắn Alexei I. Ekimov đã trở thành "người mở đường" vào đầu những năm 1980 khi nghiên cứu thủy tinh màu. Màu của thủy tinh đến từ các hạt nano clorua đồng và ông Ekimov đã chứng minh kích thước các hạt này ảnh hưởng đến màu sắc của thủy tinh thông qua hiệu ứng lượng tử.

Vài năm sau, nhà hóa học Louis E. Brus trở thành người đầu tiên trên thế giới chứng minh được hiệu ứng lượng tử phụ thuộc vào kích thước của các hạt trôi nổi tự do trong chất lỏng. Bước đột phá tiếp theo trong công nghệ chấm lượng tử xuất hiện năm 1993.

Khi đó, nhà hóa học Moungi G. Bawendi hiện thực hóa các phát kiến ban đầu bằng việc sản xuất hóa chất chấm lượng tử thực sự, mang các hạt gần như hoàn hảo, sẵn sàng cho các nhà khoa học trên khắp thế giới tiếp bước bằng những nghiên cứu ứng dụng.

Ứng dụng quen thuộc nhất của chấm lượng tử chính là các màn hình tivi dựa trên công nghệ QLED có thể truyền tải màu sắc và độ sáng tối ưu hoặc đèn LED thắp sáng ngôi nhà, cửa hàng của bạn. Từ hơn một thập kỷ trước, chấm lượng tử đã bắt đầu đem lại những đột phá mới trong y khoa, đặc biệt là trong phẫu trị ung thư.

Hiểu biết chi tiết về khối u nhằm loại bỏ chính xác, tận gốc nhất các mô bệnh và hạn chế tổn thương mô lành là thử thách mang tính quyết định trong cuộc phẫu thuật và tương lai của bệnh nhân.

Các chấm lượng tử có đặc tính quang học tuyệt vời, bao gồm độ sáng cao và khả năng chống lại quá trình quang hóa. Đặc tính quang phổ của chúng có thể được điều chỉnh bởi nhiều yếu tố.

Do vậy, chúng có thể giúp tạo ra bản đồ mô sinh học, xóa tan bóng tối mà các bác sĩ phải đối diện khi cố loại bỏ khối u. Chúng cũng có lợi thế vượt trội so với các thuốc nhuộm hữu cơ trong phẫu thuật, thứ cho các bác sĩ rất ít thời gian để lập bản đồ khối u trước khi chúng lan sang các mô khác.

Các nhà nghiên cứu tin rằng trong tương lai, chấm lượng tử có thể góp phần tạo ra các thiết bị điện tử linh hoạt hơn, các cảm biến cực nhỏ, pin mặt trời mỏng hơn và truyền thông lượng tử được mã hóa. Theo trang Nobel Prize, chúng ta chỉ mới bắt đầu khám phá tiềm năng của các hạt nhỏ bé này.

ANH THƯ