Nobel hóa học trao cho phát hiện chấm lượng tử làm thay đổi thế giới

Moungi Bawendi, Louis Brus và Alexei Ekimov đã được ủy ban Nobel về hóa học ca ngợi là “những người tiên phong trong việc khám phá thế giới nano” khi công bố giải thưởng ở thủ đô Stockholm của Thụy Điển hôm 4-10.

“Trong một thời gian dài, không ai nghĩ rằng bạn có thể thực sự tạo ra được những hạt nhỏ như vậy. Nhưng những người đoạt giải năm nay đã thành công” - Johan Aqvist, chủ tịch ủy ban cho biết.

Heiner Linke, một thành viên của ủy ban hóa học, đã giải thích tại lễ công bố điều gì đã khiến công trình của những người đoạt giải trở nên mang tính cách mạng.

“Điều cốt lõi của chấm lượng tử là, chỉ bằng cách thay đổi kích thước của chúng… bạn sẽ thay đổi các đặc tính của chúng, chẳng hạn như màu sắc. Điều này hoàn toàn bất thường” - Linke nói.

“Ví dụ, nếu bạn tưởng tượng, bạn muốn nhuộm áo phông – màu đỏ, xanh lá cây, vàng, xanh lam. Đối với mỗi màu này, bạn sẽ sử dụng một phân tử khác nhau. Các nguyên tử khác nhau mang lại cho bạn những màu sắc khác nhau – đó chính là nội dung của hóa học” - ông nói.

Tuy nhiên, nhờ vào công trình nghiên cứu của các nhà khoa học về công nghệ nano, các chấm lượng tử cho phép chúng ta “sử dụng chính xác các nguyên tử giống nhau và chỉ cần thay đổi kích thước, số lượng nguyên tử mà bạn có, từ đó bạn sẽ có được màu sắc mới và các đặc tính mới khác”.

Bộ ba nhà khoa học được trao Nobel hóa học 2023

Bawendi, giáo sư tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Brus, giáo sư danh dự tại Đại học Columbia, đều là người Mỹ. Ekimov là người Nga và làm việc cho Nanocrystals Technology Inc., có trụ sở tại New York.

Bawendi sinh ra ở Pháp, nhận được cuộc gọi vào sáng sớm từ Stockholm thông báo rằng ông là một trong những người đoạt giải hóa học năm 2023. Ông nói trong cuộc họp báo rằng mình cảm thấy “rất ngạc nhiên, sốc, bất ngờ và rất vinh dự” và sẽ ăn mừng chiến thắng của mình bằng cách dạy lớp 9 giờ sáng tại MIT.

Khám phá thế giới màu sắc mới

Trong “thế giới nano”, vật chất bắt đầu được đo bằng phần triệu milimét. Ở cấp độ này, những hiện tượng kỳ lạ bắt đầu xảy ra gọi là “hiệu ứng lượng tử”.

Các chấm lượng tử chỉ bao gồm vài nghìn nguyên tử. Về kích thước, một chấm lượng tử đối với một quả bóng đá cũng như kích thước của một quả bóng đá đối với Trái đất.

Khi ánh sáng truyền qua các chấm lượng tử, chúng sẽ phát ra một màu cụ thể. Điều này có thể được tinh chỉnh và được xác định bởi kích thước của các chấm. Các chấm lớn hơn phát sáng màu đỏ, trong khi các chấm nhỏ nhất phát sáng màu xanh lục hoặc xanh lam.

Những thay đổi nhỏ nhất về kích thước của hạt có thể thay đổi màu sắc của nó ngay trên quang phổ của dải màu.

Công trình của những người đoạt giải đã cho phép các nhà khoa học tận dụng một số đặc tính của thế giới nano và các chấm lượng tử hiện được tìm thấy trong phòng khách và phòng mổ trên khắp thế giới.

Chúng hiện được sử dụng rộng rãi trong TV và có một số ưu điểm so với màn hình LCD truyền thống, tạo ra màu sắc sống động và chính xác hơn cũng như cần ít năng lượng hơn để hoạt động.

Các chấm được sản xuất ở dạng bột, được đặt trên một tấm điốt phát ra ánh sáng xanh ở mặt sau TV và các màn hình khác. Ánh sáng xanh chiếu sáng các chấm lượng tử, chúng phát ra màu sắc riêng tùy thuộc vào kích thước của chúng.

Các chấm cũng được sử dụng rộng rãi trong chẩn đoán y tế. Các bác sĩ sử dụng chúng để chiếu sáng các phân tử có thể tự liên kết với khối u ung thư, cho phép bác sĩ phẫu thuật phân biệt mô khỏe mạnh với mô bệnh.

Ủy ban Nobel giải thích công trình của các nhà khoa học đã giúp phát triển các chấm lượng tử như thế nào.

Vào những năm 1980, Ekimov đã tạo ra các hiệu ứng lượng tử phụ thuộc vào kích thước trong thủy tinh màu. Vài năm sau, Brus trở thành nhà khoa học đầu tiên chứng minh được hiệu ứng lượng tử phụ thuộc vào kích thước ở các hạt trôi nổi tự do trong chất lỏng.

Năm 1993, Bawendi sau đó đã thay đổi quá trình sản xuất hóa học của các chấm lượng tử, tạo ra cái mà ủy ban gọi là “các hạt gần như hoàn hảo”. Sự phát triển này cho phép các chấm được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng.

Judith Giordan, chủ tịch Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, đã ca ngợi công trình của những người đoạt giải.

“Đây là một khám phá cực kỳ quan trọng đã thực sự trải qua nhiều thập kỷ, từ một hiện tượng lý thuyết đến việc có thể tạo ra nó trong phòng thí nghiệm và sau đó có thể sản xuất nó với số lượng được kiểm soát… cho phép tạo ra nhiều bước sóng và màu sắc như vậy. Đây thực sự là một hiện tượng” - Giordan nói với CNN.

Anh Duy