•Нобелевская премия по химии за 2023 год присуждается трем ученым “за открытие и синтез квантовых точек”. Conversation пообщался с одним из этой троицы, физикохимиком Льюисом Брюсом, который провел фундаментальную работу, выяснив, что свойства этих наночастиц зависят от их размера. Телефон Брюса был выключен, когда представители Нобелевской премии позвонили ему, чтобы сообщить хорошие новости, но теперь многие люди дозвонились до него с поздравлениями и советами. Ниже приведены отредактированные выдержки из интервью The Conversation.
Когда вы работали в Bell Labs в 1980-х годах и открыли квантовые точки, это было в некотором роде случайностью. Вы изучали растворы полупроводниковых частиц. И когда вы направили лазеры на эти растворы, называемые коллоидами, вы заметили, что цвета, которые они излучали, не были постоянными.
В первый день, когда мы готовили коллоид, иногда спектр был другим. На второй и третий день все было нормально. Конечно, я был удивлен, когда впервые увидел это изменение в спектре. И вот, я начал пытаться понять, что, черт возьми, с этим происходит.
Я заметил, что свойство самой частицы начало изменяться при очень малом размере.
То, что вы обнаружили, было квантовой точкой: типом наночастицы, которая поглощает свет и излучает его на другой длине волны. Важно отметить, что цвет этих частиц меняется в зависимости от фактического размера частицы. Как вы вообще видите кристалл с квантовой точкой, если его ширина составляет всего несколько сотых тысячных толщины человеческого волоса?
Ну, вы не можете увидеть их в оптический микроскоп, потому что они меньше длины волны света. Есть способы увидеть их и с помощью других типов специализированных микроскопов, таких как электронный микроскоп. И распространенный способ продемонстрировать их – выстроить в ряд ярко окрашенные стеклянные колбы, в каждой из которых находится раствор квантовых точек разного размера.
Один из ваших коллег-лауреатов, Алексей Екимов, был российским ученым, и он действительно наблюдал квантовые точки в цветном стекле, но в то время вы не знали о его открытиях?
Да, верно. В то время шла холодная война, и он публиковался в русской литературе, на русском языке. И ему не разрешили поехать на Запад, чтобы рассказать о своей работе.
Я поспрашивал всех физиков, были ли какие-нибудь работы по малым частицам? Я пытался создать модель эффектов квантового размера. И они сказали мне, что нет, на самом деле никто над этим не работает. По сути, никто не видел его статей.
Я был частью химического сообщества США, занимался синтетической химией в лаборатории. Он работал в стекольной промышленности в Советском Союзе, разрабатывая промышленные технологии.
Когда я в конце концов нашел его статьи в технической литературе, я написал письмо в Советский Союз со своими документами, просто чтобы передать привет Екимову и его коллегам. Когда пришло письмо, сотрудники КГБ пришли поговорить с российскими учеными, пытаясь выяснить, почему они поддерживали какие-либо контакты с кем-либо на Западе. Но на самом деле они никогда не разговаривали ни со мной, ни с кем-либо еще на Западе, когда мое письмо пришло по почте.
Вы встречались с ним с тех пор?
Да, они смогли уехать из Советского Союза во время гласности, это было в конце 1980-х годов. Есть Екимов, а затем его коллега-теоретик Саша Эфрос, который сейчас работает в исследовательской лаборатории военно-морских сил США. Я познакомился с ними, как только они приехали в США.
Одна из проблем, связанных с квантовыми точками, когда вы впервые наблюдали их, заключалась в том, как на самом деле их производить и поддерживать их стабильность. Затем, в 1990-х годах, ваш коллега-лауреат, Мунги Бавенди, понял это. Как вы думаете, что является самой поразительной вещью, в которой вы до сих пор видели использование квантовых точек?
Обычно, когда изобретается новый материал, требуется много времени, чтобы понять, для чего он действительно хорош. Ученые-исследователи, у них есть идеи, вы могли бы использовать это для того, вы могли бы использовать это для того. Но с другой стороны, если вы поговорите с людьми из реальной отрасли, которые каждый день сталкиваются с производственными проблемами, эти идеи часто оказываются не очень хорошими.
Но полученные нами знания, научные принципы можно было бы использовать для разработки новых устройств.
Что касается первых применений, то люди начали пытаться использовать их в биологической визуализации. Биохимики прикрепляют квантовые точки к другим молекулам, чтобы помочь составить карту клеток и органов. Они даже использовались для выявления опухолей и оказания помощи хирургам во время операций.
И по мере того, как ученые продолжали работать над синтезом квантовых точек, качество частиц продолжало улучшаться. Они излучали чистые цвета, а не распределение света – например, может быть, красный с небольшим количеством зеленого, или, может быть, красный с небольшим количеством розового. Например, когда вы получите частицу получше, она будет просто чисто красной.
Итак, затем люди подключились к индустрии дисплеев – компьютерным дисплеям и телевизионным дисплеям. В этом приложении вы хотите преобразовать электричество в три цвета: красный, зеленый и синий. Вы можете создать любой образ, начиная только с этих трех цветов в разных пропорциях.
Это требует большого мужества. Вам придется вложить много денег в разработку технологии, и, возможно, в конечном итоге она окажется недостаточно хорошей и не заменит того, что у вас уже есть. И в этом большая заслуга корпорации Samsung в Японии. Сотни миллиардов долларов были вложены в технологию этих частиц, чтобы довести их до такой степени, что они могли бы начать производить дисплеи и телевизоры с плоским экраном с использованием квантовых точек.
Ваша работа – пример важности фундаментальных исследований, любознательности, попыток разгадать тайны, не имея в виду конкретную конечную точку или промышленное применение. Что бы вы посоветовали молодому химику, начинающему сегодня работать над такими фундаментальными исследованиями?
Мир огромен, и вы могли бы проводить фундаментальные исследования в огромном количестве различных областей. Вы хотите выбрать проблему, в которой, если вы добьетесь впечатляющего успеха и действительно откроете что-то действительно интересное, это может найти какое-то применение в мире.
К лучшему это или к худшему, но вы должны сделать выбор в самом начале, и для этого требуется некоторая интуиция.
Хороший способ сделать это – выбрать предмет, который, как вы знаете, важен для технологий, но в настоящее время нет понимания науки. Это полный черный ящик. Никто не понимает основных принципов. Столкнувшись с проблемой такого рода, вы можете начать разбирать ее на части и посмотреть, каковы основные шаги.
Что изменилось для вас теперь, когда вы получили Нобелевскую премию?
Что ж, эта Нобелевская премия, к добру это или к худу, имеет особое значение в сознании людей во всем мире. Вчера, когда пришел почтальон, я случайно оказался у входной двери, и он узнал меня, потому что мое лицо было в местной газете. И он сказал: “Я никогда раньше не пожимал руку нобелевскому лауреату”.
К лучшему это или к худшему, но сейчас я нахожусь именно здесь, в особой категории, нравится мне это или нет. У меня все еще есть свой офис в университете, но у меня нет исследовательской группы. Я пытаюсь оставить это молодым людям. Так что это признание, вероятно, значит для моих исследований меньше, чем если бы мне было 40 лет.
Я получил поздравления по электронной почте от многих людей, которые выигрывали приз в прошлые годы. Их главная рекомендация заключается в том, что вы должны научиться говорить “нет”. Люди будут просить вас делать всевозможные безумные вещи, и ваше время будет полностью занято этими почетными визитами в университет и произнесением небольших речей. Чтобы жить настоящей жизнью и быть продуктивным, вы должны сказать “нет” всем этим посторонним приглашениям.
И они также посоветовали мне повеселиться в Швеции! Это чрезвычайно подробное расписание мероприятий на ту неделю в декабре, когда состоится церемония награждения. Чрезвычайно причудливый. Американская культура, культура физики отличается – если вы выигрываете приз от Американского физического общества, это очень скромное событие. Вы просто появляетесь в аудитории. Даже не обязательно надевать костюм.
Поэтому я отвезу свою семью, своих внуков в Швецию, и мы постараемся насладиться этим как отличным отдыхом.