GiảiNobel hóa học 2023: Gieo hạt giống ý nghĩa cho công nghệ nano

Ngày 4-10, Giải Nobel Hóa học năm 2023 vinh danh công trình nghiên cứu và phát triển chấm lượng tử, khám phá cơ bản trong công nghệ nano vốn đóng vai trò rất quan trọng trong cuộc cách mạng hóa các ngành công nghiệp từ điện tử tiêu dùng đến chăm sóc sức khỏe.

Ba nhà khoa học nhận giải Nobel Hóa học 2023. Ảnh: AFP

Theo công bố của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, ba nhà khoa học Moungi Bawendi (người Mỹ gốc Pháp), Louis Brus (người Mỹ) và Alexei Ekimov (người Nga)  đóng góp công sức quan trọng trong việc phát hiện, tổng hợp và dày công phát triển các chấm lượng tử. Đây là các hạt nano nhỏ đến mức kích thước quyết định tính chất của chúng.

Vai trò lớn của chấm lượng tử bé nhỏ 

Các nhà khoa học đoạt giải được ca ngợi là “những người tiên phong trong việc khám phá “thế giới nano”, nơi mà trong đó vật chất bắt đầu được đo bằng phần triệu milimét. Ở cấp độ này, những hiện tượng kỳ lạ bắt đầu xảy ra, gọi là hiệu ứng lượng tử, khiến tính chất của vật chất thay đổi hẳn đi. Các chấm lượng tử chỉ bao gồm vài nghìn nguyên tử. Nói một cách dễ hiểu kích thước của một chấm lượng tử so với một quả bóng cũng tương tự như một quả bóng đối với Trái đất. Khi ánh sáng truyền qua các chấm lượng tử, chúng sẽ phát ra một màu cụ thể. Màu sắc có thể được điều chỉnh và được xác định bởi kích thước của các chấm li ti này. Khi chúng ta kích thích một chấm lượng tử, chấm càng nhỏ thì năng lượng và cường độ phát sáng của nó càng tăng. Các chấm lớn hơn phát sáng màu đỏ, trong khi các chấm nhỏ nhất phát sáng màu xanh lục hoặc xanh lam, theo CNN.

Những người đoạt giải Nobel Hóa học 2023 đã thành công trong việc tạo ra những hạt nhỏ đến mức tính chất của chúng được xác định bởi hiệu ứng lượng tử. Những chấm lượng tử hiện có tầm quan trọng rất lớn trong công nghệ nano. Chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học Johan Aqvist cho biết: “Trong một thời gian dài, không ai nghĩ rằng con người có thể thực sự tạo ra được những hạt siêu nhỏ như vậy. Nhưng những người đoạt giải năm nay đã làm được kỳ tích này. Một trong số những đặc tính hấp dẫn và khác thường của chấm lượng tử là chúng tạo ra các ánh sáng màu khác nhau, tùy thuộc vào kích thước hạt, trong khi vẫn giữ cấu trúc nguyên tử không thay đổi”. CNN dẫn lời ông Michael Edelman, Giám đốc điều hành của nhà sản xuất lượng tử Nanoco có trụ sở tại Anh, cho biết: “Chúng tôi có thể điều chỉnh những chấm lượng tử này để phát huỳnh quang ở bất kỳ màu nào mà một ứng dụng nhất định yêu cầu”.

Đặt nền móng phát triển công nghệ nano

Theo trang web của Nobel Prizes, các nhà vật lý từ lâu biết rằng về mặt lý thuyết, các hiệu ứng lượng tử phụ thuộc vào kích thước có thể phát sinh ở các hạt nano, nhưng vào thời điểm đó hầu như họ không thể điều chỉnh kích thước nano. Vì vậy, rất ít người tin rằng phát hiện này sẽ được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn. Tuy nhiên, đầu thập niên 1980, Ekimov đã thành công trong việc tạo ra các hiệu ứng lượng tử phụ thuộc vào kích thước trong thủy tinh màu. Màu sắc đến từ các hạt nano đồng chloride và Ekimov chứng minh kích thước hạt ảnh hưởng đến màu sắc của thủy tinh thông qua hiệu ứng lượng tử. Vài năm sau, Brus là nhà khoa học đầu tiên trên thế giới chứng minh được hiệu ứng lượng tử phụ thuộc vào kích thước ở các hạt trôi nổi tự do trong chất lỏng. Năm 1993, đến lượt Bawendi đã thực hiện cách mạng hóa quá trình sản xuất hóa chất học từ các chấm lượng tử, tạo ra các hạt gần như hoàn hảo, qua đó chứng minh chấm lượng tử có ứng dụng rất cao trong thực tiễn.

Đến nay, chấm lượng tử đã chứng minh lợi ích to lớn đối với cuộc sống nhân loại. Chúng giúp làm sáng màn hình máy tính và ti-vi dựa trên công nghệ QLED, và cũng tạo thêm sắc thái cho ánh sáng của một số đèn LED. Các nhà hóa sinh cũng như bác sĩ sử dụng chúng để lập bản đồ mô sinh học. Chúng cũng có thể hỗ trợ cho bác sĩ phẫu thuật phân biệt giữa khối u lành và ác tính, cũng như xử lý nhiều vấn đề y khoa khác.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu tin rằng, chấm lượng tử còn có thể góp phần tạo ra các thiết bị điện tử linh hoạt, cảm biến cực nhỏ, pin mặt trời mỏng hơn và truyền thông lượng tử mã hóa. Có thể nói con người mới chỉ ở giai đoạn đầu trong quá trình khám phá tiềm năng to lớn của những hạt nhỏ bé này.
Trước đó, giải Nobel Hóa học 2022 trao cho ba nhà khoa học Carolyn R. Bertozzi (Mỹ), Morten Meldal (Đan Mạch) và K. Barry Sharpless (Mỹ) với nghiên cứu về phát triển hóa học click và hóa học sinh trực giao, ứng dụng để khám phá tế bào và cải tiến thuốc điều trị ung thư.

THƯ LÊ