Nobel per la Chimica 2023: premiati gli scienziati dei quantum dot

I vincitori del Nobel per la Chimica 2023 sono Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus e Alexei I. Ekimov, premiati per la scoperta e sviluppo della tecnologia dei quantum dot o punti quantici, considerati la base di moltissime tecnologie. Secondo l’Accademia Reale Svedese delle Scienze, i vincitori “hanno piantato un seme importante per le nanotecnologie”.

I quantum dot sono minuscole particelle con dimensioni nanometriche che hanno proprietà uniche a causa delle loro dimensioni ridotte. Questa tecnologia è utilizzata in diverse applicazioni: negli schermi televisivi e nei monitor dei computer basati sulla tecnologia QLED per migliorare la qualità dell’immagine e la luminosità dei display; in alcune lampade LED per aggiungere sfumature alla luce consentendo una maggiore versatilità nella creazione di effetti luminosi; in medicina per mappare i tessuti biologici e guidare, ad esempio, i chirurghi durante l’asportazione del tessuto tumorale grazie alla loro luce. 

Moungi G. Bawendi è nato a Parigi nel 1961 ed è cresciuto tra Francia, Stati Uniti e Tunisia. Ha conseguito il dottorato di ricerca presso l’Università di Chicago e svolto la sua ricerca post-dottorato presso i Bell Laboratories sotto la guida del professore – e futuro collega – Brus, prima di entrare al Massachussetts Institute of Technology, dove è diventato professore nel 1996.

Louis E. Brus invece è uno scienziato nato a Cleveland, negli Stati Uniti, nel 1943. È il fondatore del dipartimento di Chimica della Columbia University e ha trascorso gran parte della sua carriera ai Bell Labs. Ha ricevuto l’Irving Langmuir Prize ed è membro della National Academy of Sciences dal 2004.

Alexei I. Ekimov è un chimico e fisico russo nato nel 1954. È stato coinvolto nelle prime ricerche sulla tecnologia dei quantum dot negli anni ’80 e nel 2006 è stato co-destinatario del RW Wood Prize della Optical Society of America per “la scoperta di punti quantici di nanocristalli e studi pionieristici sulle loro proprietà elettroniche e ottiche”.

Negli anni ’80, Alexei Ekimov sperimentò effetti quantistici legati alle dimensioni nel vetro colorato, grazie a nanoparticelle di cloruro di rame. Dimostrò che le dimensioni delle particelle influenzavano il colore del vetro attraverso effetti quantici. Ekimov produsse sistematicamente vetro colorato con cloruro di rame, variando temperatura e tempo di riscaldamento, osservando nanocristalli di cloruro di rame con dimensioni variabili da 2 a 30 nanometri. Queste dimensioni influenzavano il modo in cui il vetro assorbiva la luce, in particolare la luce blu, rivelando un effetto quantistico legato alle dimensioni.

Louis Brus, ai Bell Laboratories negli USA, lavorava invece con particelle di solfuro di cadmio per attivare reazioni chimiche con la luce solare. Notò che le proprietà ottiche delle particelle cambiarono dopo un periodo di immersione in laboratorio. Sospettò che ciò fosse dovuto a un cambiamento nelle dimensioni e, per confermarlo, produsse particelle di soli 4,5 nanometri e le comparò con quelle originali di 12,5 nanometri. Le particelle più piccole assorbirono principalmente la luce blu, mentre le più grandi mantennero le stesse lunghezze d’onda del solfuro di cadmio, confermando gli effetti quantistici dimensionali.

Questi risultati sembravano aggiungere una “terza dimensione” alla tavola periodica degli elementi. Le proprietà degli elementi non erano più influenzate solo dal numero di elettroni nel loro strato esterno, ma anche dalle loro dimensioni a livello nanometrico. I chimici avevano ora una variabile aggiuntiva da manipolare nello sviluppo di nuovi materiali.

Moungi Bawendi contribuì a rivoluzionare la produzione di nanocristalli, permettendo la creazione precisa e ripetibile di particelle con dimensioni specifiche. Nel 1993, con il suo team, utilizzò un solvente riscaldato e controllato per formare nanocristalli, regolando la temperatura della soluzione per ottenere dimensioni e strutture desiderate. Questo avanzamento ha aperto nuove opportunità per gli scienziati nell’ambito delle nanotecnologie e della ricerca sui quantum dots.

Questo lavoro di squadra ha permesso ai tre scienziati di superare le sfide legate alla produzione di particelle di dimensioni così ridotte, che erano considerate quasi impossibili da realizzare in passato. L’importanza di questa scoperta per le nanotecnologie è stata riconosciuta dall’Accademia reale svedese delle scienze, che ha assegnato loro il premio Nobel per la Chimica 2023.