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Nobelpreise: Wer sind die Preisträger des Jahres 2023?
Chemie-Nobelpreis für Entdecker der Quantenpunkte
Sie stecken in QLEDs, in vielen Fernsehern und werden in der Medizin als Markersubstanzen genutzt: Quantenpunkte sind heute wichtige Helfer in Elektronik und Medizin. Entscheidend für die Quantenpunkte ist dabei ihre Fähigkeit, bei Anregung durch Strom oder Strahlung Photonen einer bestimmten Wellenlänge abzugeben. Welche Lichtfarbe entsteht, hängt dabei direkt von der Größe der zugrundeliegenden Nanopartikel ab.
Das dies so ist, entdeckte der erste Preisträger, Alexei Ekimov von Nanocrystals Technology in New York im Jahr 1979, als er – damals noch in der ehemaligen Sowjetunion - an farbigen Gläsern forschte. Am Beispiel von Kupferchlorid-Nanokristallen im Glas stellte er fest, dass sich das Spektrum des von diesem Glas absorbierten Lichts in Abhängigkeit von der Größe der Kristallpartikel veränderte: Je kleiner die Nanokristalle waren, desto stärker war die Lichtfarbe ins Blaue verschoben.
1983 folgte der nächste Schritt durch ein Team um Louis Brus von der Columbia University in New York. Bei der Forschung an kolloidalen Nanopartikeln in Lösung entdeckten auch sie den Effekt der Partikelgröße auf das Spektrum der angeregten Teilchen und stellten ein entsprechendes Modell auf. Allerdings war die gezielte Herstellung solcher Quantenpunkt noch aufwendig und nur auf bestimmte Partikel beschränkt.
Das änderte sich jedoch 1993 durch die Arbeit des dritten Preisträgers, Moungi Bawendi vom Massachusetts Institute of Technology (MIT). Er entwickelte erstmals eine Methode, durch die Quantenpunkte mit definierter Größe und hoher optischer Qualität hergestellt werden konnten. Für diese Synthese werden Vorläufersubstanzen in ein heißes Lösungsmittel mit hoher Siedetemperatur injiziert. Dabei kommt es zu einer abrupten Übersättigung der Lösung und winzige Partikel beginnen auszukristallisieren. Durch schnelle Verringerung der Temperatur und Verdünnung lässt sich dieser Prozess stoppen, aber auch weiterführen.
Zusammen haben die drei Chemie-Nobelpreisträger damit eine Entwicklung ermöglicht, die schon jetzt ein wichtiger Bestandteil moderner Elektronik und Technologie ist. "Die Entdeckung der Quantenpunkte und die Fähigkeit, solche Materialien mit hoher Präzision, aber relativ einfachen chemischen Methoden herzustellen, war ein entscheidender Schritt in der Entwicklung der Nanoforschung und Nanotechnologie", erklärt das Nobelpreis-Komitee.