• Город
  • Наука и образование
Наука и образование

«Нобелевку» по химии вручили петербуржцу (что? да!) Алексею Екимову. Как он открыл квантовые точки в Ленинграде? И почему это важно?

В среду, 4 октября, были объявлены нобелевские лауреаты по химии — в этом году награды присуждены за открытие квантовых точек, без которых невозможны были бы современные телевизоры, экраны компьютеров и солнечные батареи. Одним из получателей премии стал выпускник ЛГУ Алексей Екимов. Именно он, работая в ленинградском Государственном оптическом институте, впервые синтезировал квантовые точки. «Собака.ru» не смогла связаться с самим Алексеем Ивановичем, но поздравляет его и всех причастных к открытию. А пока редакция распросила бывшего коллегу и давнего коллегу Екимова, ученого ИТМО Александра Баранова. Он рассказал как делалось историческое открытие? Почему Петербург можно дважды назвать родиной квантовых точек и работают ли над этим направлением у нас сейчас? 

BokehStore / Shutterstock

Расскажите, как вы познакомились с нобелевским лауреатом этого года Алексеем Екимовым?

Алексей Екимов и его коллега Алексей Онущенко синтезировали квантовые точки в 1981 году. В то время они работали в Государственном оптическом институте (ГОИ), где трудился и я, практически в одной лаборатории с ними. Я же участвовал в обсуждении результатов их экспериментов.

Понимали ли Екимов и его коллега Алексей Онущенко, что работают над чем-то что перевернет всю технологию?

Нет, конечно. Никто тогда этого не понимал. Более того, шли долгие споры о том, есть ли в их экспериментах какие-то интересные эффекты или нет. Тогда не шло никакой речи о перевороте в физике и создании, можно сказать, новой философии, которая легла в основу нанотехнологии.

Да и не бывает так никогда, что сразу после эксперимента вы понимаете масштаб результата. Это осознание приходит потом, что называется, когда вы на следующий день проснетесь. А иногда через много лет…

Вообще работа Екимова и Онущенко не получила бы такого пристального внимания, если бы практически тогда же не вышла теоретическая статья Саши и Леши Эфросов, которые работали здесь же, в Ленинграде, но не в ГОИ, а в Физтехе имени Иоффе. Собственно, они теоретически обосновали существование таких точек, их физическая модель легла в основу последующих экспериментов. И не только экспериментов Екимова, но и опытов американца Луиса Брюса, который также получил в этом году Нобелевскую премию за синтез квантовых точек.


Алексей Онущенко

Ведущий научный сотрудник АО «Научно-производственное объединение "Государственный оптический институт"»:

В оптическом институте [в то время] разрабатывали галоидомедные фотохромные стекла, этим занималась группа доктора химических наук Виктора Алексеевича Цехомского. Такие стекла разрабатывались в нашей стране как альтернатива более дорогостоящих галоидно-серебряным светочувствительным стеклам, запатентованным в США, —они применяются, например, в солнечнозащитных очках.
 
В конце 70-х по просьбе Цеховского мы занялись исследованием спектрально-оптических характеристик таких стекол, используя низкотемпературные измерения (при температурах жидкого азота и гелия). Базовое полупроводниковое образование (А.Екимов и я заканчивали кафедру Е.Ф. Гросса — физфак ЛГУ) позволило достаточно быстро понять, что мы наблюдаем типичное экситонное поглощение  кристаллов хлорида меди в стекле. Однако основной результат составило обнаружение и исследование квантового размерного эффекта — зависимость спектрального положения наблюдаемых линий экситонного поглощения от размера выращенных полупроводниковых частиц, или нанокристаллов, квантовых точек. Это основное с чего началась работа. Эта работа была замечена и стимулировала широкомасштабные исследования самых разнообразных объектов с пониженной мерностью как у нас в стране, так и за рубежом.

carlos castilla / Shutterstock

Получается, Петербург можно назвать дважды родиной квантовых точек?

Да, именно так. Мы, кстати, в свое время даже собирали конференции с таким слоганом «Петербург — родина квантовых точек», на них собирались ведущие ученые в этой области.

Раз мы уже начали об этом говорить, расскажите, пожалуйста, а что, собственно, открыл Екимов, а до этого описали братья Эфрос? Что такое квантовые точки и зачем они нужны?

Смотрите, все мы знаем, что у кристаллов есть определенные свойства, в частности, они излучают свет на определенной длине волны, проще говоря, светятся тем или иным цветом. В обычных условиях эти свойства стабильны. Но если мы начнем уменьшать кристалл, то в какой-то момент эти свойства перестанут быть стабильными. Они начнут зависеть от размера.

То есть у вас был крошечный, наноскопический кристалл красного цвета, вы его уменьшили еще сильнее, и он стал… желтым, потом — зеленым, потом — синим. Одно время считали, что дело тут в разнице химического состава, во внешних факторах. Но Эфросы предположили, а Екимов доказал, что это не так, что дело в размере. И это открывает огромные возможности — если у вас есть подходящая технология, то вы можете получать частицы нужных вам свойств.

Что это позволило сделать?

Много всего! К примеру, вы можете сделать элементы для солнечных батарей или светодиодов. Они будут поглощать или излучать свет только на той длине волны, которая вам нужна. Производители современных телевизоров используют квантовые точки индия и фосфора, чтобы получить очень яркое и четкое изображение на экране.

Используют квантовые точки и в биомедицинских исследованиях. Есть такая техника люминесцентной микроскопии, когда вам надо подкрасить исследуемый материал. Раньше для этого использовались красители, для подсветки которых нужен был сложный набор ламп. Теперь просто добавляются квантовые точки, которые окрашивают материал в разные цвета при свете одной лампы.

Если вернуться к Екимову, его достижение в том, что он впервые смог получить в лаборатории эти квантовые точки?

Да, его команда первой синтезировала их, что позволило подтвердить теоретические соображения и показать физику процесса. В свою очередь другой лауреат Луис Брюс впервые получил квантовые точки не в стекле, как Екимов, а в жидкости, что стало новым словом в синтезе.

А третий лауреат, Мунги Бавенди, определил, какие свойства поверхности таких точек надо поддерживать, чтобы получить очень яркие объекты, которые излучают свет практически без потерь.

Вы сказали, что ученые не сразу оценили значимость открытия квантовых точек. Сколько на это ушло времени?

Первые эксперименты были вроде в 1980 году. Первые сообщения, что Екимову и Онущенко удалось обнаружить какой-то эффект, появились в 1981 году, если не ошибаюсь, тогда вышла первая статья. Однако широко все это стало известно уже году в 1985, так что да, наверное, на это ушло лет пять.

Тут же еще надо понимать, что эта работа была сделана в СССР, в Государственном оптическом институте, который был тогда достаточно закрытой структурой. Чтобы публиковать свои результаты, необходимо было получить специальное разрешение, а это было непросто.

Однако уже к 1990-м годам все это было отлично известно в мире. Помню, когда я был в 1990-е в Японии, там все уже очень хорошо знали и Эфросов, и Екимова. Были даже слухи одно время, что им могли дать Нобелевскую премию еще в начале 2000-х, когда лауреатом стал Жорес Иванович Алферов, но тогда дали за полупроводники. Впрочем, это неподтвержденная информация.

K illustrator Photo / Shuttesrtock

Как дальше складывался путь Екимова?

Честно говоря, уже не помню деталей. Он уехал из России в 1990-х, когда все разъезжались. Примерно тогда же страну покинул и Саша Эфрос. Одно время Екимов работал в одной из лабораторий ВМС США. Тогда очень многие физики покинули страну. С другой стороны, они сохранили квалификацию, некоторые из них потом вернулись и продолжают работу здесь.

Вы поддерживали связь с Екимовым?

Совместных публикаций не было, но в остальном — да. Встречались на конференциях, обсуждали работы друг друга. В последний раз виделись, правда, еще до пандемии на юбилейной конференции в Париже, посвященной квантовым точкам. Он, конечно, интересовался тем, что у нас происходит.

Вы сказали, что в работе над квантовыми точками работало сразу несколько ленинградских ученых. Как думаете, почему премию получил именно Екимов?

На такие вопросы всегда очень сложно дать ответ. К примеру, я не совсем понимаю, почему не дали награду Эфросу, с другой стороны — он ведь физик-теоретик, а награду дали по химии, скорее за синтез квантовых точек. Эфросу бы вчера премию получать [по физике] (смеется).

Если говорить про Онущенко, тоже не совсем понятно, но всем ведь дать нельзя, число лауреатов ограничено. А в их группе Екимов все же играл первую скрипку, чаще выступал на конференциях. Но Онущенко я тоже поздравил, ведь, по сути дела, отмечена и его работа тоже.

В завершении, хотел спросить: Петербург дважды родина квантовых точек, занимаются ли ими здесь сейчас?

Да, есть команда в Университете ИТМО. Не в Петербурге, но в России, есть группы в МИФИ и МГУ.

Вообще работа над квантовыми точками сейчас разделилась на два направления. С одной стороны, все более разнообразные их применения в индустрии, с другой — создание гибридных структур. То есть вы берете какой-то объект, к примеру, биологическую молекулу, и соединяете ее с квантовой точкой. В результате получается гибридный объект, имеющий такие свойства, которых нет ни у исходной молекулы, ни у квантовой точки. Все это еще больше расширит наши возможности.


Алексей Онущенко

Ведущий научный сотрудник АО «Научно-производственное объединение "Государственный оптический институт"»:

Что я чувствую по поводу Нобелевской премии этого года? Ну, к химии я точно не имею никакого отношения, даже Эфрос не попал число лауреатов, хотя он признанный теоретик квантовых точек. Я спокойно отношусь к этому — все премию получить не могут. Наша работа уже не в первый раз отмечается. К примеру, Оптическое общество им. Рождественского более десяти лет назад начало присуждать медаль имени Евгения Федоровича Гросса. Там лауреаты были серьезные, среди них был Жорес Иванович Алферов и его команда.

Екимову, Ефросу и мне эта медаль была присуждена в 2013 году за открытие и исследование квантовых размерных эффектов в оптических спектрах полупроводниковых нанокристаллов. Понятно, что это совсем не Нобелевская премия, но, повторюсь, все ее получить не могут.

Следите за нашими новостями в Telegram

Комментарии (0)

Купить журнал:

Выберите проект: