Negyven-ötven éve még csak papíron létezett, most pedig már tömeggyártott termékek lelke

Az idei kémiai Nobel-díjat Moungi Bawendi, Louis Brus és Alekszej Jekimov kapta a kvantumpontok felfedezéséért és szintetizálásáért. Kukovecz Ákossal, a Szegedi Tudományegyetem Kémiai Intézetének vezetőjével beszéltük át, hogy miért is tekinthető mérföldköveknek a nanotechnológiában a díjazottak munkássága.

Sokszor hallunk a nanotechnológiáról, de a legtöbbünk számára megfoghatatlan. Ez nem csak átvitt értelemben van így, a gyakorlatban is igaz ez a nanoméretű anyagokra.

„A nanoméretű anyag egy molekulánál jóval nagyobb, de egy tömbfázisú anyaghoz képest sokkal kisebb. Az emberi érzékelés nagyjából a hajszál méretig tart, de a nanoméretű tartomány, amin belül szintén vannak méretek és alak szerinti csoportok is, ennél is kisebb. A kvantumpont nagyjából gömbszerű, esetleg kocka, se nem nagyon hosszúkás, se nem lapos, néhányszor tíz nanométeres lehet” – mondta Kukovecz Ákos.

A kvantumpont nagyságának szemléltetésére a Nobel-díj oldala egy futball-labdát hívott elő segítségül. Ez a labda annyiszor nagyobb egy kvantumpontnál, amennyiszer a Föld nagyobb a labdánál.

A kvantumpontok különlegességei közül csak egyik a nagyon kicsi méret, a másik az, hogy méretfüggő a tulajdonság, ami ellentétes a hétköznapi tapasztalatokkal.

„Ha van egy kiflim és kettévágom, még mindig kifliről beszélünk, akkor is, ha teljesen lemorzsálom. Az acélt is lereszelhetem, az attól még acélreszelék lesz. A tömbfázisú anyagok tulajdonságai nem változnak. A kvantumpontoknál viszont nem mindegy, hogy 20, 10 vagy 5 nanométeresek. Még ugyanolyan atomokból és kristályszerkezetből is állhatnak, mégis mások lesznek az optikai és elektromos tulajdonságaik, a látható színük is más lesz” – mondta a kutató.

A kvantumpontok létezését már az 1930-as években felvetették, majd az 1960-as évek mikroelektronikai kísérleteivel, amelyekben vékony filmeket használták, próbálták fizikailag is előállítani azokat. „Jekimov volt az, aki először igazolta, hogy a kvantumpont nem valami papírszökevény, 1981-ben publikálta azt a tanulmányát, amelyben leírta, hogy üvegolvadékban hozott létre kvantumpontokat. Neki már nem kellett a sötétben tapogatóznia, addigra erős elméleti hátteret alapoztak meg korábbi kutatók” – mondta Kukovecz Ákos.

Az SZTE Kémiai Intézetének vezetője azt mondta, még ha nem is tudnak róla, sokan találkozhattak már kvantumpontokkal. „Aki próbálkozott már kristálynövesztéssel otthon vagy az iskolában, például timsót kristályosított, akkor egy nagyon pici magból spontán módon megtörtént a kvantumpont keletkezése, ennek csak a színét látjuk meg, amikor a kristály már egy másik méretűre hízik, az már egy másik folyamat” – mondta a kutató.

A kvantumpontok említett fontos tulajdonsága, hogy a méretük meghatározza a színüket. Ha a részecskék csak néhány nanométer átmérőjűek, az elektronok rendelkezésére álló tér zsugorodik, és megváltoznak az optikai tulajdonságaik. A kvantumpontok elnyelik a fényt, majd egy másik hullámhosszon kibocsátják azt. A nagyobb méretűek vörös tartományú fényt, míg a legkisebbek kéket.

Jekimov volt az, aki fizikailag is előállított kvantumpontot, de az 1980-as és 1990-es években Brus és Bawendi voltak azok, akik kísérleteikkel már irányítani tudták a részecskék növekedését, akkora kristályokat állítottak elő, amekkorákat akartak, így váltak használhatóvá a mindennapi életben is. Kukovecz szerint a kvantumpontokat nagyon finom pontként tudjuk felfogni, és úgy tudjuk látni, ha egy folyadékban, oldószerben eloszlatjuk azokat.

„Ma már szinte mindennap találkozunk nanotechnológiával, csak éppen nem tudunk róla. Egy olyan része a tudománynak, ami negyven-ötven éve még csak papíron létezett, most pedig már kereskedelmi forgalomban lévő tömeggyártott termékek lelkét adják. Mindenféle alkalmazásuk van, antibakteriális részecskék, falfestékek tartalmazzák ezt a mérettartományt. A kvantumpontok ott vannak a QLED sorozatú tévékben, de napelemekben vagy vegyipari katalizátorokban is megtalálhatjuk. Számos orvosi alkalmazás is használja, például a rákkezelésben a célzott sejtpusztítást is segíti, de szinte minden olyan műszaki dolog, amelyben színes LED-ek vagy lézerek vannak, a kvantumpontokon alapulnak” – mondta Kukovecz.

A kvantumpontok kutatása ugyan csak nemrég került a fókuszba, de a gyakorlati alkalmazása igazából már jó néhány évszázaddal ezelőtt elkezdődött, amikor még a nem is tudták, hogy miről van szó. Kukovecz Ákos a negyedik században készült Lükurgosz kehelyre hívta fel a figyelmet, amely olyan üvegből készült, amelyre vékony fém-oxid réteget párologtattak, és így attól függően, hogy hogyan halad át rajta a fény, más és más színt mutat.