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量子ドットの創製により、開発者たちは2023年のノーベル化学賞を受賞したが、この発明は物理学賞の候補にもなりうるものだった。このナノテクノロジーの小さな要素は、そのサイズが特性を決定するほど極小であり、今日では多くの有用かつ実用的な用途に使用されている。

この賞は、米国マサチューセッツ州ケンブリッジにあるマサチューセッツ工科大学(MIT)のMoungi G. Bawendi氏、米国ニューヨーク州ニューヨークのコロンビア大学のLouis E. Brus氏、米国ニューヨーク州ニューヨークのNanocrystals Technology社のAlexei I. Ekimov氏に贈られた。

2023年のノーベル化学賞受賞者たちは、量子現象によって特性が支配される極小の量子ドット粒子の作成に成功した。ここ数年、この極小の物体はナノテクノロジーの分野でますます重要なものとなっており、他の分野にも進出している。

「量子ドットは多くの魅力的で珍しい性質を持っています。重要なのは、量子ドットはその大きさによって色が異なるということです」とノーベル化学委員会委員長のJohan Åqvist氏は語った。

大きさを変えるだけで、量子ドットはさまざまな色や波長の光を発するようになる。この性質は「量子閉じ込め」と呼ばれ、量子ドットの合成時にサイズを精密に制御することで機能する。

何年もの間、サイズに依存した量子効果がナノ粒子で起こることは理論的に可能だと考えられてきた。しかし、このプロセスがいつの日か実際に利用されるようになると考えていた人はほとんどいなかった。

それが一変したのは、1980年代の初めにEkimov氏が色ガラスでサイズ依存量子効果の発現に成功したときだった。その数年後、Brus氏が流体中を自由に旋回する粒子のサイズ依存量子効果を世界で初めて実証した。そして1993年、Bawendi氏が量子ドットの化学合成という革命を起こし、ほぼ無欠陥の粒子が完成した。

現在、そして将来的な応用の可能性

今日、量子ドットは、LEDバックライト液晶テレビなどのディスプレイで使用され、色精度と輝度を向上させ、照明アプリケーションでは、幅広い色彩を実現し、エネルギー消費を削減するための重要なコンポーネントとして理想的である。また、量子ドットのユニークな光学特性により、細胞レベルや分子レベルの生体構造を高感度で正確にイメージングできるため、バイオメディカルイメージングにおける造影剤としても使用されている。

また、異なるサイズの量子ドットで太陽光スペクトルの異なる部分を捕捉する能力を持つため、太陽光を電気に変換する効率を高めることが可能になり、現在では太陽電池への応用も検討されている。その他にも、テレコミュニケーションや光データストレージ、量子情報処理、量子暗号、量子通信、医療におけるドラッグデリバリーや治療への応用など、潜在的な用途は多岐にわたる。


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