78-летний советский физик-эмигрант получил Нобеля-2023 по химии за открытие квантовых точек, изменивших облик современной электроники

В будущем эти наночастицы принесут человечеству огромную пользу, считает директор Центра компетенций НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» на базе МГТУ им. Н. Э. Баумана Александр Павлов. В ближайшие годы появятся новые продукты на их основе, считает он.

Квантовые точки представляют собой полупроводниковые наночастицы, которые за счет специально подобранных размеров и формы способны вести себя как искусственные атомы — взаимодействовать с волнами света, поглощать их и преобразовывать в другие формы колебаний. Сегодня квантовые точки используются в производстве такой техники, как медицинское диагностическое оборудование, дисплеи и другой.

«Я уверен, что в будущем квантовые точки принесут человечеству огромную пользу. Они будут использоваться в создании гибкой электроники, наноразмерных датчиков, более эффективных солнечных батарей, оперативной памяти с повышенной скоростью (мемристоров), защищенной квантовой связи и в основе квантового компьютера. Сейчас есть наработки в этих областях на серьезном практическом уровне. Уже в течение нескольких лет мы ожидаем увидеть инновационные продукты на основе квантовых точек, которые будут кратно превосходить своих предшественников по эффективности», — сказал Александр Павлов ТАСС, добавив, что спектр потенциального применения квантовых точек гораздо шире.

Ученый указал на уникальность квантовых точек — объектов, состояние которых «находится на границе макроскопического и квантового миров». Изменение размера и формы позволяют управлять электрическими и фотоэлектрическими свойствами точек.

«Это означает, что можно подобрать такую квантовую точку, которая будет излучать фотоны заранее заданной длины волны. Проще говоря, такая точка будет светиться нужным нам цветом. Это свойство сейчас используется повсеместно в ЖК-панелях с подсветкой на квантовых точках (QD-LED). <…> Биохимики и врачи используют квантовые точки в качестве биомаркеров для картирования биологических тканей, например, опухолей и аутоиммунных антител. Это позволяет более точно доставлять лекарства в требуемую часть организма человека», — уточнил Павлов.

За создание квантовых точек присуждена Нобелевская премия по химии 2023 года. Ее лауреатами стали американцы Мунги Бавенди и Луис Брюс, а также советский и российский физик Алексей Екимов. Екимов и Брюс независимо друг от друга синтезировали квантовые точки, а Бавенди сыграл важную роль в дальнейшем изучении свойств этих наноструктур.

Алексе́й Ива́нович Еки́мов (род. 28 февраля 1945) — советский и американский учёный, специалист в области физики твёрдого тела и оптики. Доктор физико-математических наук, первооткрыватель нанокристаллических полупроводниковых квантовых точек, выполнивший пионерские исследования их электронных и оптических свойств.

В 1967 году окончил физический факультет Ленинградского государственного университета (кафедра молекулярной физики). В 1970-х годах Екимов участвовал в исследованиях оптической ориентации спинов электронов и ядер в полупроводниках. В 1974 году защитил диссертацию на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук по теме «Оптическая ориентация спинов носителей в полупроводниках». В 1989 году защитил диссертацию на соискание учёной степени доктора физико-математических наук по теме «Квантовые размерные явления в полупроводниковых микрокристаллах».

Работал в Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе (ФТИ) и в Государственном оптическом институте имени С. И. Вавилова (ГОИ). На протяжении 1990-х годов был приглашённым профессором в Политехнической школе в Париже, в Лионском университете имени Клода Бернара, в Институте Макса Планка и в Университете Осаки.

С 1999 года работает в США в компании Nanocrystals Technology Inc, штат Нью-Йорк, в качестве главного научного сотрудника (англ. chief scientist). Автор более ста научных работ и нескольких изобретений.

Как сообщается, в конце 1970-х и начале 1980-х годов Екимов, работая в ГОИ имени С. И. Вавилова, cовместно с А. А. Онущенко разработал и реализовал метод получения кристаллов нанометровых размеров в стеклообразных матрицах. Применяя данный метод, с помощью выбора температуры и времени термообработки стёкол, активированных полупроводниками, стало возможным получать кристаллы с размерами, лежащими в широких пределах: от единиц до десятков и более нанометров. Позже об этом этапе работ А. Екимова академик Ж. И. Алфёров писал: «Первые полупроводниковые точки — микрокристаллы соединений AIIBVI, сформированные в стеклянной матрице, были предложены и реализованы А. И. Екимовым и А. А. Онущенко».

Далее А. Екимов исследовал оптические и электрические свойства стёкол, содержащих нанокристаллы полупроводников CdS, CdSe, CuCl и CuBr. Он определил взаимосвязь между размерами этих кристаллов и спектроскопическими параметрами их поглощения. Совместно с А. Эфросом, теоретиком из ФТИ имени А. Ф. Иоффе, дал объяснение наблюдавшимся оптическим свойствам стёкол с нанокристаллами. В частности, были определены причины зависимости оптических свойств нанокристаллов от их размеров и установлено, что нанокристаллы проявляют квантовые свойства и ведут себя подобно «искусственным атомам».

Позже полупроводниковые нанокристаллы и им подобные объекты стали называть «квантовыми точками»; начало их исследованию в мире было положено работами, выполненными А. Екимовым.