/nginx/o/2022/10/29/14927890t1he786.jpg)
/nginx/o/2023/10/05/15636829t1he7b8.jpg)
- Kahe Rootsi ajalehe eelinfo Nobeli keemiaauhinna saajate kohta pidas paika.
- Preemia läks kolme vahel jagamisele kvantpunktide avastamise ja sünteesimise eest.
- Nobelistid jõudsid kolloidkeemia valdkonna saladuste tuumale oluliselt lähemale.
Nobeli selle aasta keemiapreemia saajad on selgemaks ja päris selgeks kraaminud kolloidkeemiaks kutsutud valdkonna. Laias laastus käsitleb kolloidkeemia näiteks vedelikes ringi hõljuvaid väiksemaid osakesi. Kolm nobelisti tõmbasid siinkohal joone vahele ja tegelesid valdavalt ringihõljuvate osakestega, mis reeglina valguse lainepikkusestki väiksemad, kirjutab teadus- ja tehnikatoimetuse juhataja Marek Strandberg.
Oktoobrikuu neljas päev algas Stockholmis kuningliku akadeemia ruumes, kus Nobeli preemiate saajaid välja kuulutatakse, tavatult ärevalt. Nimelt olid juba varajastel hommikutundidel kaks Rootsi ajalehte, Aftonbladet ja Dagens Nyheter teatanud, et nad teavad nii preemia saajate nimesid nagu loomulikult ka seda, mille eest preemiad antakse.
See juhtum oli Nobeli preemiate jagamise pikas ajaloos vist esmakordne. Tõsi, varem on olnud täkkesse läinud ennustusi laureaatide kohta, aga mitte sedavõrd šokeerivaid lekkeid. Aga see polnud ainuke asi, mis tänavusel keemiapreemiate jagamisel publiku hinge kraapima jäi.
Kolm kandvat vaala
Selle nädala kolmapäeval kuulutas Rootsi kuningliku akadeemia peasekretär Hans Ellegren välja kolm nime, kellele Nobeli keemiapreemia oli otsustatud anda: Aleksei Jekimov, Louis Brus ja Moungi Bawendi. Teemaks, nagu lekkeistki lugeda sai, oli kvantpunktide leiutamine ja loomine, mis oma olemuses on sedavõrd väikesed aineosakesed, kus nende väiksus määrab ära nende omadused.
Kvantpunkt 
Kvantpunktiks on nanomõõtkavas osake, mis on jalgpallist sama palju kordi väiksem, kui palju kordi on jalgpall väiksem Maast. Kvantpunkt on kristall, mis koosneb vaid mõnedest tuhandetest aatomitest. Kvantpunktide iselaadsed omadused johtuvad asjaolust, et selle pinnal on selle sisemuses olevate aatomitega samas suurusjärgus aatomeid.
Tegemist on nanomeetrite mõõtkavas oleva ainepuruga, mille puhul targutavam lugeja ütleb, et tegelikult ju ennustas sellise kraami, nanoosakeste ja nanotehnoloogiagi võimalikkust ette juba füüsik Richard Feynman (1918–1988), Nobeli füüsikapreemia laureaat 1965. aastal. Ta tegi seda tõepoolest 1959. aastal. Siiski kulus paar aastakümmet, enne kui nõukogude füüsik Aleksei Jekimov tekitas imepisikesi – millimeetrist sadu tuhandeid kordi väiksemaid – kristalliosakesi, mis olid sukeldatud klaasi.
Jekimov lõi klaasidesse vaske ja kaadmiumit sisaldavaid pooljuhtide kristalle ning üllatuslikult avastaski, et sellistel kristallikildudel on näiteks valgustki tavatult mõjutavad omadused. Need käitusid nagu üksikud molekulid. 1970. aastate lõpuks olid kvantpunktid seega sündinud.
Aleksei Jekimov
/nginx/o/2023/10/05/15636834t1h27c9.jpg)
- Sündinud 1945. aastal Nõukogude Liidus Leningradis.
- 1974. aastal kaitses doktorikraadi Joffe instituudis. Töötades Leningradis Vavilovi riiklikus optikainstituudis, õnnestus tal värvilises klaasis esile kutsuda suurusest sõltuvaid kvantnähtusi.
- 1999. aastast elab Ameerika Ühendriikides ja teeb teadustööd eraettevõttes. 2006. aastal pälvis USA optikaühingu R. W. Woodi auhinna kvantpunktide avastamise ning nende elektrooniliste ja optiliste teedrajavate uuringute eest.
Väiksus on oluline
Brusi teeneks tuleb lugeda seda, et ta valmistas erineva suurusega neidsamu imepisikesi osakesi, näidates ühtlasi, et nende suurusest sõltuvad tugevalt just nende optilised omadused. Optilised nähtused, mis puudutavad valguse neelamist ja kiirgamist, on teadaolevalt kõik ju nn kvantnähtused – energiat neelatakse ja kiiratakse aatomeis, molekulides ning tuleb välja, et ka nanoosakestes portsude ehk kvantide kaupa. Ja selle veenva esitlemise eest 1980. aastate algupoolel on talle juba aastakümneid jagatud sellekohaseid teadusauhindu.
Louis Brusi teeneks tuleb lugeda, et ta näitas: imepisikeste osakeste suurusest sõltuvad tugevalt just nende optilised omadused.
Brusi eksperimentidega löödi nanotehnoloogiline pall õhku ning ulatuslikult uusi nanoosakeste võimalusi loov teaduslik-tehnoloogiline mäng sai alanuks kuulutatud. Nüüdseks pole palju jäänud neid teaduse või tehnoloogia valdkondi, kuhu poleks kirjeldamisel liitena sattunud «nano». Neid imepisikesi osakesi juba kasutatakse – või siis nende kasutamist uuritakse – kõikjal: kosmeetikast ravimiteni, betoonist valgusdioodideni, värvidest akudeni.
Louis Brus
/nginx/o/2023/10/05/15636832t1ha26b.jpg)
- Sündinud 1943. aastal Ameerika Ühendriikides Ohio osariigis Clevelandis.
- 1969. aastal kaitses doktorikraadi Columbia ülikoolis, praegu sama ülikooli professor.
- 1980. aastatel sai temast esimene teadlane, kes demonstreeris vedelikus vabalt hõljuvate osakeste suurusest sõltuvat kvantefekti.
Tööstuse alused katseklaasis
Bawendi asus juba 1980. aastate lõpus looma lahendusi, kuidas kontrollitult valmistada eri suurusega kvantpunktidena toimivaid nanoosakesi. Esimestest läbimurdelistest tulemustest andis ta teada 1993. aastal, kui tema töörühmal õnnestus kontrollitult kasvatada hoolikalt otsitud lahustites kristalle ning teha neid täpselt vajaliku suurusega. Varasematest katsetest kvantpunktidega oli sündinud ka tööstusliku tootmise alus.
/nginx/o/2023/10/05/15636833t1h146d.jpg)
Nüüdne nanoosakeste maailm ja vald, kus valitsevad erinevad kvantpunktid, on loomulikult oluliselt ulatuslikum: tuleb välja, et mitte ainult osakese suurus, vaid ka kuju mõjutab selle optilisi ja keemilisi omadusi. Sajandite eest kasutasid näiteks klaasimeistridki kulda selleks, et anda klaasile erinevaid toone.
Suuri asju väiksemaks jahvatades ei saagi tavalisi nanoosakesi valmistada – neid tuleb «seemnest» kasvatada.
Kui aineosake teha väga-väga väikeseks, siis tekib olukord, kus selle pinnal on võrreldavas koguses aatomeid võrreldes selle sisemusega. Just see asjaolu annabki pisikeseks tehtud aineosakesele sootuks uued keemilised omadused, lisaks juba räägitud optilistele. Kvantpunktina käituv osake on jalgpallist sama palju kordi väiksem, kui jalgpall on pisem Maast, aga suuri asju väiksemaks jahvatades ei saagi tavalisi nanoosakesi valmistada – neid tuleb «seemnest» kasvatada, ja selle meetodi Bawendi maailmale andiski.
Moungi Bawendi kvantpunktikasvandus 
1 2 3
Reaktsiooni stabiliseeriv gaas
Termomeeter
Aeg
Lahusti
Kristallid
Bawendi süstis kuuma lahustisse aineid, mis moodustavad kaadmiumseleniidi kristale. Kogused olid sellised, et lahusti küllastus kristalli moodustavate ainetega selle süstenõela osta ümbruses.
Koheselt hakkasid moodustuma kaadmiumseleniidi kristallid. Kuna süstitav lahus jahutas maha ka lahusti, siis kristallide moodustimine ka peatus. Juba moodustunud kristallid jagunesid ühtlaselt lahustisse.
Kui Bawendi soojendas lahust, hakkasid kristallid taas kasvama. Mida kauem ta lahust kuumutas, seda suuremaks kasvasid naoosakestest kvantpunktid
Moungi Bawendi
/nginx/o/2023/10/05/15636831t1hd326.jpg)
Sündinud 1961. aastal Prantsusmaal Pariisis. Tema isa oli Tuneesia matemaatik Mohammed Salah Baouendi. Pere kolis Ameerika Ühendriikidesse, kui Bawendi oli laps.
1988. aastal kaitses Chicago ülikoolis doktorikraadi, praegu Massachusettsi tehnoloogiainstituudi professor.
1993. aastal tegi revolutsiooni kvantpunktide keemilises tootmises. Tema töö tulemuseks olid peaaegu täiuslikud osakesed – kõrge kvaliteet oli vajalik nende praktiliseks kasutamiseks.
Kvantpunkte leidub kõikjal
Kirkad ekraanid, edukad ravimid ja vähitapjad – ka needsamad mRNA vaktsiinidki (need molekulidki tuleb pakkida nanokapslitesse), mille eest anti selle aasta Nobeli meditsiinipreemia – ning arvukad veel teadmata lahendused seisavad kvantpunktidel.
Kvantpunkt ja selle tekitatav valgus
Mida väiksem kvantpunktina toimiv nano-osake, seda vähem on elektronil ruumi sinna ära mahtuda ja seda lühem on sellele osakesele ära mahtuva elektroni laine pikkus ja seda sinisem on valgus, mida see tekitab. Elektronide liikumisega on määratud materjalide optilised omadused.
ELEKTRONI LAINE
Suurem kvantpunkt:
rohkem ruumi elektronile
rohkem ruumi elektronile
Väiksem kvantpunkt:
vähem ruumi elektronile
vähem ruumi elektronile
Kvantpunkt käitub nagu omapärane vahejaam: neelab valguse ja muudab selle energia siis uueks valguseks, mille lainepikkus sõltub sellest, kui palju on elektronidel ruumi sellise osakese peal liikuda.
Kui keegi lugejatest on näiteks kasutanud imeväel kortse kaotavaid näokreeme, siis teadke, sellisedki kubisevad kvantpunktidest: nimelt, kui nanoosakese peale kasvatada imeõhuke kilekiht, siis õnnestub tekitada olukord, kus selline osake neelab ja tekitab valgust üsna lähedastel lainepikkustel. Segades selliseid näokreemi sisse, tekibki füüsikaline kortsude kadu: valgus juhitakse näokonaruse põhja ja kaob ära see, miks kortsud näha – nimelt vari, mis kortsu tumedaks muudab.
Ukraina sõja vari
Stockholmi pressikonverentsil kriipis ühe küsija hinge asjaolu, et Nobeli preemia anti venelasele, ja seda ajal, kui Putini Venemaa tapab inimesi Ukrainas. Küsimus oli Aleksei Jekimovis. Ent 1999. aastast töötab ta New Yorgis nanotehnoloogiaga tegelevas eraettevõttes juhtivteadurina ning kui talle 4. oktoobri Euroopa varastel tundidel helistati, tabati mees Mehhiko ööst, mitte Venemaa avarustest.
Ahjaa, nimetatud küsimuse peale vastas Rootsi kuningliku akadeemia peasekretär, et oma otsustes lähtub komitee ainult kandidaatide töö teaduslikust tähtsusest. Tema sõnul oli see ka Alfred Nobeli soov – vaadata mööda rahvusest.