Nobelpreis: Nobelpreis für Chemie für die Entwicklung von Quantenpunkten
Die schwedische Akademie der Wissenschaften hat den Nobelpreis für Chemie zu gleichen Teilen an Moungi Bawendi, Louis Brus und Alexei Jekimow für ihre Arbeiten zu Quantenpunkten verliehen. Diese auch künstliche Atome genannten Strukturen können in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, vom Fernsehgerät über die Krebsbehandlung bis hin zum Quantencomputer.
Quantenpunkte sind Teilchen, deren chemische und optische Eigenschaften nicht nur von ihren chemischen Elementen bestimmt werden, sondern auch von der Struktur und Größe der damit erzeugten Stoffe. Sie sind so klein, dass es zu Quantenphänomenen kommt, die von ihrer Größe und Struktur abhängen. Den drei Nobelpreisträgern ist es gelungen, solche Teilchen zu erzeugen, die eine große Bedeutung für die Nanotechnologie haben.
Die erste Anwendung von Quantenpunkten ohne jedes Verständnis für deren Funktionsweise waren Färbemittel aus Bleisulfid, Cadmiumsulfid und Gold, die sich bis ins antike Rom zurückverfolgen lassen. Der wissenschaftliche Hintergrund wurde erstmals 1979 in der Sowjetunion von Alexei Jekimov bei der Untersuchung von gefärbtem Glas entdeckt. Der Forscher konnte das unterschiedliche Absorbtionsverhalten auf die Größe der Partikel zurückführen, nachdem er Jahre zuvor bereits ähnliche Effekte bereits durch kleine Strukturen auf flachen Oberflächen erzeugt hatte.
"Quantenpunkte haben viele faszinierende und ungewöhnliche Eigenschaften. Bedeutend ist, dass sie je nach ihrer Größe unterschiedliche Farben haben" , sagte Johan Åqvist(öffnet im neuen Fenster) , Vorsitzender des Nobelkomitees für Chemie. Aber nicht nur die Farbe ändert sich, sondern auch der Schmelzpunkt, elektrische oder optische Eigenschaften.
Quantenpunkte funktionierten, wie es die Lehrbücher sagten
Das optische Verhalten der Quantenpunkte entspricht dabei dem Verhalten eines Elektrons in einem Potenzialtopf. Je kleiner der Potenzialtopf, desto kürzer ist die Wellenlänge des ersten Grundzustandes eines Elektrons darin. Die kürzere Wellenlänge entspricht einer höheren Energie dieses Grundzustandes. Das Beispiel eines solchen Potenzialtopfes war schon zur Zeit von Jekimovs Arbeiten Teil jeder Einführungsveranstaltung in die Quantenphysik und Quantenpunkte verhielten sich genau so, wie es das Lehrbuch sagte.
Alexei Jekimow erzeugte bereits in den frühen 1980er Jahren Quanteneffekte in farbigem Glas. Die Farbe stammte von Nanopartikeln aus Kupferchlorid. Er wies nach, dass die Partikelgröße die Farbe des Glases über Quanteneffekte beeinflusste. Jekimow wurde 1945 in der UdSSR geboren und lebt seit 1999 in den USA. Er ist wissenschaftlicher Leiter des US-Unternehmens Nanocrystals Technology.
Etwa zur gleichen Zeit arbeitete Louis Brus an den Bell Laboratories an Nanokristallen. Er war laut der Akademie der erste Wissenschaftler, der größenabhängige Quanteneffekte in frei in einer Flüssigkeit schwimmenden Teilchen nachwies. Nach seiner Tätigkeit an den Bell Labs wechselte der 1943 in den USA geborene Brus an die Columbia University in New York City, wo er einen Lehrstuhl inne hat.
Moungi Bawendi wurde 1961 in Paris geboren und ist Professor am Massachusetts Institute of Technology. Ihm gelang es 1993, einen industriell anwendbaren Prozess zur Herstellung von Quantenpunkten zu entwickeln und Teilchen mit gut kontrollierbarer Qualität herzustellen, die notwendig für den praktischen Einsatz ist. Sie werden vor allem in der phosphoreszierenden Schicht von Leuchtdioden eingesetzt, um deren Effizienz zu verbessern und Farbemissionen gezielt zu verändern. Quantenpunkte in Glas werden zur Signalverstärkung in Glasfasern benutzt.
Bei der Verleihung kam es zu einem ungewöhnlichen Zwischenfall: Schwedische Medien meldeten die Namen der Gewinner bereits vor der offiziellen Bekanntgabe. Die Pressemitteilung sei zu früh versandt worden, sagte Hans Ellegren, Generalsekretär der Schwedischen Akademie der Wissenschaften. Das sei sehr unglücklich gewesen.
Bawendi jedoch wurde standesgemäß vom Anruf der Akademie geweckt und wusste nichts von der verfrühten Bekanntgabe. Er sei "sehr überrascht, müde, schockiert und sehr geehrt" , sagte er.