Teksti Marja Ollakka, kuvat Niklas Elmehed ja Johan Järnestad, Ruotsin Kuninkaallinen Tiedeakatemia
”Oli hauska todeta, että Kemian Nobel-palkinto myönnettiin tänä vuonna aidosti kemian alalle, materiaalikemiaan. Monestihan kemian palkinnot ovat liittyneet esimerkiksi lääketieteeseen”, sanoo professori Mikko Ritala Helsingin yliopiston kemian laitokselta.
Vuoden 2023 kemian Nobel-palkinto myönnettiin keskiviikkona kvanttipisteiden löytämisestä ja kehittämisestä. Palkinnon saivat tutkijat Moungi Bawendi (s. 1961) MIT-yliopistosta ja Louis Brus (s. 1943) Columbian yliopistosta Yhdysvalloista sekä Aleksei Ekimov (s. 1945), joka työskentelee nanoalan yrityksessä New Yorkissa.
Kvanttipisteillä on keskeinen rooli nanotekniikassa. Kvanttipisteet ovat pieniä, muutaman nanometrin kokoisia puolijohdekiteitä. Niillä on kvanttimekaanisia sähköisiä ja optisia ominaisuuksia, jotka poikkeavat suurempien puolijohdekiteiden ominaisuuksista.
Nobel-palkinnon saajat ovat onnistuneet tuottamaan niin pieniä hiukkasia, että niiden ominaisuudet määräytyvät kvantti-ilmiöiden mukaan.
”Kun tutkimusmenetelmät kehittyivät 1980-luvulla, nanomaailmaan mentiin vauhdilla ja tutkimusta purskahti vähän joka puolelle. Tämän vuoden voittajat tarttuivat puolijohteisiin, mikä onkin mielenkiintoinen lähtökohta. Moni saattoi arvella etukäteen, että palkinto jaettaisiin toisenlaisen nanomateriaalin eli MOF-yhdisteiden kehittäjille. Kemian palkintoa on aina hyvin vaikea veikata, koska ala on niin laaja”, sanoo professori emeritus Markku Leskelä Helsingin yliopistosta.
Kolmen tutkijan palkinto
Kemian Nobel-palkinto korostaa pitkän linjan kehitystyötä. Aleksei Ekimov onnistui 1980-luvun alussa luomaan koosta riippuvaisia kvanttiefektejä värilliseen lasiin. Väri tuli kuparikloridinanokiteistä ja Ekimov osoitti, että kidekoko vaikutti lasin väriin kvanttiefektien kautta.
Muutamaa vuotta myöhemmin Louis Brus osoitti nesteessä vapaasti kelluvien kiteiden koosta riippuvat kvanttivaikutukset. Vuonna 1993 Moungi Bawendi mullisti kvanttipisteiden kemiallisen tuotannon, mikä johti lähes täydellisiin kiteisiin.
Nanokiteiden korkea laatu on välttämätöntä erilaisten sovellusten kehittämisen kannalta. Kvanttipisteillä on paljon sovelluskohteita puolijohdeteollisuudessa ja luonnontieteen tutkimuksessa.
”Kvanttipisteet valaisevat nyt QLED-tekniikkaan perustuvia tietokonenäyttöjä ja televisioruutuja.”
Sovelluksia näytöistä aurinkokennoihin
Kvanttipisteet valaisevat nyt QLED-tekniikkaan (Quantum dot Light Emitting Diode) perustuvia tietokonenäyttöjä ja televisioruutuja. Koska eri kokoiset kvanttipisteet ovat eri värisiä, monet sovellukset liittyvät valoon tai väreihin. Kun kvanttipisteitä viritetään esimerkiksi sähkövirralla tai valolla, ne imevät ja hehkuvat valon eri aallonpituuksia. Biokemistit ja lääkärit voivat puolestaan käyttää kvanttipisteitä esimerkiksi biologisen kudoksen kartoittamisessa.
Nobel-tutkijat uskovat, että kvanttipisteet voisivat tulevaisuudessa edistää joustavaa elektroniikkaa, pieniä antureita, ohuempia aurinkokennoja ja salattua kvanttiviestintää.
Cambridgen yliopistossa toimiva suomalainen tutkija Petri Murto pitää palkintoa merkittävänä tunnustuksena siitä, että puolijohteen kvanttimekaanisia ominaisuuksia kuten vuorovaikutusta valon kanssa voidaan muokata pelkän kvanttipisteen koon avulla nanomittakaavassa muuttamatta itse puolijohteen kemiallista rakennetta.
”Tätä löytöä hyödynnetään lukuisten tutkimusryhmien työssä, kuten kehitettäessä entistä tehokkaampia aurinkokennoja kvanttiteknologian avulla. Tämä on tietyllä tapaa jatkumoa vuoden 2000 kemian Nobelille sähköä johtavien polymeerien kehittämisestä ja vuoden 2014 fysiikan Nobelille tehokkaiden sinisten LEDien (Light Emitting Diode) keksimisestä ja osoittaa, että puolijohteiden kehittämisellä on hyvät tulevaisuudennäkymät.”
Petri Murto itse tutkii ja kehittää Cambridgessä uusia valonlähteitä OLED-teknologiaan.
Lääketieteen Nobel koronarokotteille
- Kemian palkinto jaettiin keskiviikkona 4. lokakuuta, Nobel-viikon 2023 kolmantena päivänä.
- Lääketieteen Nobelin saivat koronarokotteen kehittäneet tutkijat Katalin Karikó ja Drew Weissman.
- Fysiikan palkinnon saivat Pierre Agostini, Ferenc Krausz ja Anne L’Huillier äärimmäisten nopeiden laserpulssien kehittämisestä atomitason tutkimukseen.
