А с нобелевкой-то наших опять прокинули... Не повезло Оловникову.

---

Стеклянная пластинка, содержащая квантовые точки полупроводника CdSe разных размеров. Получена нобелевским лауреатом по химии-2023 Алексеем Екимовым путем отжига в печи с градиентом температуры, напрямую связанным с градиентом размеров наночастиц. До сих пор используется в технических вузах для демонстрации студентам на лекциях по NanoScience and Nanoitechnology


Итак, Нобелевскую премию по химии -2023 присудили нашему соотечественнику Алексею Екимову, проживающему сейчас в США, а также американцам Мунги Бавенди и Луиcу Брюсу за открытие и синтез квантовых точек. На слайдах, показанных комитетом в момент оглашения нобелиатов, сообщалось, что Алексей Екимов аффилирован с компанией Nanocrystals Technology Inc. (США), но это не совсем так. Из вышеназванного стартапа еще несколько лет назад ученый ушел на заслуженный отдых, а свои пионерские исследования по квантовым точкам проводил задолго до «американского периода» — в 1980-е годы, в Ленинграде, в Государственном оптическом институте им. С. И. Вавилова (ГОИ). Более того, несмотря на отъезд за рубеж в 1990-е годы, когда поддержка науки в России свелась к минимуму, ученый сохранил российское гражданство и регулярно приезжает на родину продлевать свой заграничный паспорт.

Его научная карьера в Советском Союзе была потрясающей. После окончания Ленинградского государственного университета (физический факультет, кафедра молекулярной физики) он поступил в аспирантуру Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе, где под руководством еще одного известного ученого, ныне директора департамента физики и центра нанотехнологий Политехнической школы в Париже Вячеслава Сафарова исследовал спиновые явления в полупроводниках. За эти работы, которые легли в основу его кандидатской диссертации, в возрасте 30 лет он и ряд его коллег из института получили Госпремию СССР. Он мог бы успешно развивать начатое многообещающее направление, но вскоре после защиты оставил его и стал искать собственный путь.

«Ленинградский Физтех тогда был перенасыщен активными, амбициозными молодыми людьми, и Алексею предложили перейти в ГОИ, — вспоминает в беседе с “Экспертом” Вячеслав Сафаров. — Там он начал изучать окрашенные стекла — материал с примесями полупроводников сульфида кадмия и селенида кадмия (из таких стекол, в частности, сделаны звезды Кремля). Как специалист по спектроскопии, которому нужно получить определенный цвет, он увидел, что агрегаты полупроводников образуют маленькие полусферы. Открытием было то, что цвет этих структур зависел от их размеров. Кристалл селенида кадмия довольно большого размера, например, был темно-красный, почти черный, а та же материя в форме маленькой точки — от красного, розового, желтого и вплоть до прозрачного».

Вскоре Екимов выяснил, что, задавая определенную температуру и время термообработки стекол, активированных полупроводниками сульфида кадмия, селенида кадмия или хлорида меди, можно получать в стеклянных матрицах кристаллы размерами от единиц до десятков нанометров и более. Исследования оптических и электрических свойств таких стекол подтвердили взаимосвязь между размерами этих кристаллов и спектроскопическими параметрами их поглощения. В этих экспериментах впервые было показано, что, не меняя состав материала, а только размер микрокристаллов (так эти структуры называли в 1980-е годы; сейчас их называют квантовыми точками), можно кардинально преобразовать физические свойства материи — оптические, электронные и другие. По сути, было продемонстрировано первое наблюдение квантовых размерных эффектов в материале, рассчитанных еще в 1920-х годах известным любителем кошек Эрвином Шрёдингером и описанных в теории немецким физиком Гербертом Фрёлихом, а также советскими учеными Ильей Лифшицем, Арнольдом Косевичем и Владимиром Сандомирским.

В своем первом интервью корреспонденту сайта Нобелевской премии уже в статусе лауреата Алексей Екимов отметил, что открытие квантовых точек ни для него, ни для его коллег из ГОИ не было неожиданностью, поскольку базировалось на мощной теоретической базе. «Мы рассматривали это как экспериментальное подтверждение уже существующей теории. Нашей настольной книгой было многотомное руководство по физике, которое изучали все студенты. (Речь, видимо, идет об известном курсе теоретической физики Л. Ландау и Е. Лифшица. — “Эксперт”.) Я до сих пор помню ту картинку из учебника, где была изображена квантовая яма, и уровни электронов, которые можно было в ней найти».

Первая научная статья Алексея Екимова по экспериментам с микрокристаллами вышла в 1980 году в журнале «Физика и химия стекла», затем суммированные результаты были опубликованы в самом престижном советском журнале по физике — «Письмах в ЖЭТФ» («Журнал экспериментальной и теоретической физики»), все публикации которого Американское физическое общество переводило на английский язык.

«В этих статьях Алексей очень грамотно развил теорию формирования полупроводниковых микроструктур, опираясь на работы Ландау и Лифшица по образованию тумана. Проблема схожая: туман может быть густой, когда собираются крупные капли, и мелкокапельный. Советские теоретики подробно изучили, как они образуются, как один переходит в другой, как туман рассеивается. Екимов очень четко переложил это на наблюдения в стеклах. Помогал ему ученый из Физтеха Александр Эфрос», — рассказывает Вячеслав Сафаров.

Но зафиксировать микрокристаллы в стеклянной матрице оказалось недостаточно для того, чтобы открыть им дорогу к широкому практическому применению. Нужно было сделать эти структуры «свободными» для дальнейших манипуляций — для этого требовалось создать способ получения их в растворе. Это удалось сделать второму лауреату — химику из корпорации Bell Labs, американцу Луису Брюсу. Он изначально экспериментировал с жидкостями — коллоидными растворами сульфида кадмия в воде — и выяснил, что свежеприготовленные образцы отличаются от тех, что простояли в течение суток. В них содержались наночастицы меньшего радиуса; наблюдались также расхождения в спектре поглощения полупроводниковых кристаллов. В дальнейшем было показано, что спектры поглощения частиц могут меняться при изменении их размера. Это была уже почти готовая к внедрению технология — оставалось научиться получать монодисперсные растворы нанокристаллов и синтезировать эти объекты без дефектов.

Этот отрезок пути преодолел третий лауреат — ученик Брюса, американский ученый французского и тунисского происхождения, профессор Массачусетского технологического института Мунги Бавенди. Он усовершенствовал методику приготовления растворов — впрыскивал определенные химические ингредиенты в горячий растворитель, что приводило к немедленному образованию кристаллов одинакового размера — около 1 нм — и хорошего качества. При нагревании смеси наночастицы росли. Изменяя время нагрева, можно было в одном растворе получать монодисперсные частицы диаметром от 1 до 11,5 нм, в чистом виде и почти без дефектов. Благодаря подходу Бавенди выход квантовых точек повысился почти до 100%.

---