Chân dung ba nhà khoa học người Mỹ vừa giành giải Nobel Hóa học 2023. Ảnh: Nobelprize
Chấm lượng tử là công nghệ đã giúp cách mạng hóa các ngành công nghiệp từ điện tử tiêu dùng đến chăm sóc sức khỏe.
Theo công bố của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, bộ ba nhà khoa học Mougi Bawendi (Viện Công nghệ Massachusetts), Louis Brus (Đại học Columbia) và Alexei Ekimov (Tập đoàn công nghệ Nanocrystals) đã đóng góp công sức quan trọng trong việc phát hiện và tổng hợp các chấm lượng tử. Đây là các hạt nano nhỏ đến mức kích thước quyết định tính chất của chúng.
Giải thưởng Nobel năm nay trị giá 11 triệu kronor Thụy Điển, tương đương 1 triệu USD.
Những người "gieo hạt giống" cho công nghệ nano
Những thành phần nhỏ nhất của công nghệ nano hiện nay có thể truyền ánh sáng từ tivi và đèn LED, đồng thời có thể hướng dẫn bác sĩ phẫu thuật khi họ loại bỏ mô khối u, cùng nhiều thứ khác.
Các nhà nghiên cứu hóa học đều biết rằng tính chất của một nguyên tố bị chi phối bởi số lượng electron mà nó có. Tuy nhiên, khi vật chất co lại đến kích thước nano thì hiện tượng lượng tử sẽ phát sinh. Ba nhà khoa học được trao giải Nobel Hóa học 2023 đã thành công trong việc tạo ra những hạt nhỏ đến mức tính chất của chúng được xác định bởi hiện tượng lượng tử. Các hạt, được gọi là chấm lượng tử, hiện có tầm quan trọng lớn trong công nghệ nano.
“Chấm lượng tử có nhiều đặc tính hấp dẫn và khác thường. Điều quan trọng là chúng có màu sắc khác nhau tùy thuộc vào kích thước”, ông Johan Aqvist, Chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học cho biết.
Các nhà vật lý từ lâu đã biết rằng về mặt lý thuyết, các hiệu ứng lượng tử phụ thuộc vào kích thước có thể xuất hiện ở các hạt nano, nhưng vào thời điểm đó hầu như không thể tác động vào hạt ở kích thước nano. Vì vậy, ít người tin rằng kiến thức này sẽ được áp dụng vào thực tế.
Tuy nhiên, vào đầu những năm 1980, ông Alexei Ekimov đã thành công trong việc tạo ra các hiệu ứng lượng tử phụ thuộc vào kích thước trong thủy tinh màu. Và ông Ekimov đã chứng minh rằng kích thước hạt ảnh hưởng đến màu sắc của thủy tinh thông qua các hiệu ứng lượng tử.
Vài năm sau, Louis Brus là nhà khoa học đầu tiên trên thế giới chứng minh được hiệu ứng lượng tử phụ thuộc vào kích thước ở các hạt trôi nổi tự do trong chất lỏng.
Năm 1993, Moungi Bawendi đã cách mạng hóa việc sản xuất hóa chất các chấm lượng tử, tạo ra các hạt gần như hoàn hảo. Chất lượng cao này là cần thiết để chúng được sử dụng trong các ứng dụng.
Chấm lượng tử hiện nay chiếu sáng màn hình máy tính và màn hình tivi dựa trên công nghệ QLED. Chúng cũng tạo thêm sắc thái cho ánh sáng của một số đèn LED và các nhà hóa sinh cũng như bác sĩ sử dụng chúng để lập bản đồ mô sinh học.
Do đó, chấm lượng tử đang mang lại lợi ích lớn nhất cho nhân loại. Các nhà nghiên cứu tin rằng trong tương lai, chúng có thể góp phần tạo ra các thiết bị điện tử linh hoạt, cảm biến cực nhỏ, pin mặt trời mỏng hơn và truyền thông lượng tử được mã hóa. Vì vậy, chúng ta mới chỉ ở giai đoạn đầu khám phá tiềm năng của những hạt nhỏ bé này.
Trước đó, giải Nobel Hóa học năm 2022 được trao cho 3 nhà khoa học Carolyn R. Bertozzi (Mỹ), Morten Meldal (Đan Mạch) và K. Barry Sharpless (Mỹ) với nghiên cứu phản ứng hóa học click và phản ứng hóa học sinh trực giao, được sử dụng trong phát triển dược phẩm và lập bản đồ ADN.
Xét về thành tích cá nhân, trong lịch sử giải Nobel, mới chỉ có 4 nhà khoa học từng 2 lần đoạt giải Nobel. Đầu tiên phải kể đến nhà khoa học nữ Marie Curie (người Pháp gốc Ba Lan) nhận giải Nobel Vật lý năm 1903 và Nobel Hóa học năm 1911. Kế đến là nhà hóa học người Mỹ Linus Pauling được trao giải Nobel Hóa học năm 1954 và giải Nobel Hòa bình năm 1962, khiến ông trở thành người duy nhất được trao tới 2 lần trong lịch sử tồn tại giải Nobel mà không chia sẻ giải thưởng với người khác. Tiếp nối là kỹ sư điện người Mỹ John Bardeen, được trao giải Nobel Vật lý 2 lần trong các năm 1956 và 1972. Cuối cùng là nhà hóa sinh người Anh Frederick Sanger (1918-2013) từng được trao 2 giải Nobel Hóa học trong các năm 1958 và 1980, cũng là người duy nhất đạt được kỳ tích 2 lần nhận giải Nobel Hóa học.
Giải Nobel là một giải thưởng quốc tế trao thường niên kể từ năm 1901 để vinh danh những cá nhân đạt thành tựu trong các lĩnh vực Vật lý, Y sinh, Hóa học, Văn học và Hòa bình. Riêng giải Nobel Hoà bình có thể được trao cho cá nhân hay một tổ chức. Đến năm 1968, Ngân hàng Thụy Điển đưa thêm vào hệ thống giải một giải thưởng về lĩnh vực Kinh tế để tưởng nhớ nhà bác học Alfred Nobel, "cha đẻ" giải Nobel.