Từng có thời điểm, chấm lượng tử được coi là thứ chỉ có trong truyền thuyết, không thể tổng hợp nhân tạo để phục vụ nhu cầu sản xuất sản phẩm thương mại. Nhưng giờ màn hình công nghệ quantum dot, từ TV đến màn hình máy tính đã trở nên vô cùng phổ biến. Và ba nhà khoa học Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus, cùng Alexei I. Ekimov vừa được Viện hàn lâm khoa học hoàng gia Thụy Điển trao tặng giải Nobel hóa học năm 2023.
Chấm lượng tử, hay quantum dot là những hạt bán dẫn siêu nhỏ, đường kính mỗi hạt chỉ cỡ vài chục nguyên tử. Nhờ kích thước như vậy, có thể xếp hàng tỷ chấm lượng tử trên đầu một cây kim, và chấm lượng tử càng nhỏ thì càng tốt. Ở kích thước rất nhỏ như vậy, hiệu ứng lượng tử được kích hoạt, tạo ra những tính chất điện và quang học tuyệt vời. Và bản chất kích thước của từng chấm lượng tử cũng sẽ ảnh hưởng tới màu sắc mà chúng phát sáng. Trong dải màu mắt thường nhìn thấy được, chấm càng to thì sẽ có ánh sáng đỏ, chấm càng nhỏ thì ngả ánh sáng xanh. Nhờ đó, con người có thể điều chỉnh chấm lượng tử để chúng phát sáng theo ý muốn chỉ bằng cách điều chỉnh kích thước.
Ngay từ thập niên 1930, các nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết cho rằng, những hạt ở kích thước nano sẽ phản ứng theo những cách rất khác. Lý do là theo cơ học lượng tử, khi hạt đủ nhỏ, không gian cho các electron di chuyển sẽ giảm đi rất nhiều, và khi gò ép những electron vào không gian hẹp như vậy, vật liệu sẽ có những tính chất rất khác so với bình thường. Đến thập niên 1970, các nhà khoa học đã thành công trong việc tạo ra những lớp film mỏng tính bằng độ dày nano mét trên vật liệu nền, với những tính chất quang học riêng theo kích thước từng chấm lượng tử. Nhưng làm ra chúng đòi hỏi phải thực hiện trong điều kiện chân không tuyệt đối, nhiệt độ cũng phải chạm ngưỡng tuyệt đối 0 độ Kelvin, nên khi ấy không nhiều người nghĩ đến ứng dụng thực tiễn của quantum dot.
Rồi một giải pháp được phát hiện ra, đến từ kỹ nghệ nhuộm thủy tinh thời xưa. Những nghệ nhân ngày trước đã biết cách thêm bạc, vàng và cadmium vào thủy tinh, thay đổi nhiệt độ và kiểm soát quá trình thủy tinh nguội để tạo ra những màu sắc khác nhau. Các nhà khoa học nhận ra màu sắc đến từ những hạt li ti bên trong thủy tinh, và màu sắc của chúng cũng phụ thuộc vào kích thước của từng hạt.
Chấm lượng tử, hay quantum dot là những hạt bán dẫn siêu nhỏ, đường kính mỗi hạt chỉ cỡ vài chục nguyên tử. Nhờ kích thước như vậy, có thể xếp hàng tỷ chấm lượng tử trên đầu một cây kim, và chấm lượng tử càng nhỏ thì càng tốt. Ở kích thước rất nhỏ như vậy, hiệu ứng lượng tử được kích hoạt, tạo ra những tính chất điện và quang học tuyệt vời. Và bản chất kích thước của từng chấm lượng tử cũng sẽ ảnh hưởng tới màu sắc mà chúng phát sáng. Trong dải màu mắt thường nhìn thấy được, chấm càng to thì sẽ có ánh sáng đỏ, chấm càng nhỏ thì ngả ánh sáng xanh. Nhờ đó, con người có thể điều chỉnh chấm lượng tử để chúng phát sáng theo ý muốn chỉ bằng cách điều chỉnh kích thước.
Ngay từ thập niên 1930, các nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết cho rằng, những hạt ở kích thước nano sẽ phản ứng theo những cách rất khác. Lý do là theo cơ học lượng tử, khi hạt đủ nhỏ, không gian cho các electron di chuyển sẽ giảm đi rất nhiều, và khi gò ép những electron vào không gian hẹp như vậy, vật liệu sẽ có những tính chất rất khác so với bình thường. Đến thập niên 1970, các nhà khoa học đã thành công trong việc tạo ra những lớp film mỏng tính bằng độ dày nano mét trên vật liệu nền, với những tính chất quang học riêng theo kích thước từng chấm lượng tử. Nhưng làm ra chúng đòi hỏi phải thực hiện trong điều kiện chân không tuyệt đối, nhiệt độ cũng phải chạm ngưỡng tuyệt đối 0 độ Kelvin, nên khi ấy không nhiều người nghĩ đến ứng dụng thực tiễn của quantum dot.
Rồi một giải pháp được phát hiện ra, đến từ kỹ nghệ nhuộm thủy tinh thời xưa. Những nghệ nhân ngày trước đã biết cách thêm bạc, vàng và cadmium vào thủy tinh, thay đổi nhiệt độ và kiểm soát quá trình thủy tinh nguội để tạo ra những màu sắc khác nhau. Các nhà khoa học nhận ra màu sắc đến từ những hạt li ti bên trong thủy tinh, và màu sắc của chúng cũng phụ thuộc vào kích thước của từng hạt.
Đến cuối thập niên 1970, tiến sĩ Ekimov bắt đầu nghiên cứu tính chất quang học của thủy tinh màu, tại viện quang học quốc gia S.I. Vavilov, Liên Xô. Ông dựa vào vài kỹ thuật đã dùng trong luận án tiến sĩ chuyên ngành bán dẫn, chiếu ánh sáng vào vật liệu và đo đạc cách vật liệu thu sáng để nghiên cứu kết cấu tinh thể.
Ekimov bắt đầu nhuộm kính tạo ra trong phòng thí nghiệm bằng đồng chloride, chụp X quang thành phẩm sau khi làm nguội. Ông phát hiện ra lớp đồng chloride sau khi nung ở nhiệt độ 500 đến 700 độ C, kết hợp với 96 tiếng làm nguội, tạo ra những hạt kích thước từ 2 đến 30 nano mét. Kích thước những hạt này có tương quan mật thiết với cách tấm kính hấp thụ ánh sáng, giống hệt những tấm phim chứa chấm lượng tử đầu thập niên 1970. Đó chính là những quantum dot đầu tiên tạo ra được trong phòng thí nghiệm.
Ấy vậy nhưng thời đó thì vẫn là Liên Xô, và báo cáo nghiên cứu khoa học được tiến sĩ Ekimov đăng trên tờ tạp chí năm 1981 không được đem ra nước ngoài. Trong số đó có cả Louis Brus, người đã có nghiên cứu khoa học năm 1983, phát hiện ra những hạt nano trôi lơ lửng với tính chất quang học dựa theo kích thước hạt, nói cách khác là y hệt phát hiện của tiến sĩ Ekimov vài năm trước đó.
Ở phòng thí nghiệm Bell Lab, Brus thử nghiệm với những hạt nano từ chất liệu cadmium sulfide, và bị ấn tượng bởi khả năng thu năng lượng ánh sáng của chúng để thực hiện phản ứng hóa học. Nhưng ông phát hiện ra nếu để những hạt nano này trong phòng thí nghiệm một thời gian, tính chất quang học của chúng sẽ bị biến đổi, nghi ngờ do những hạt này thay đổi kích thước. Ông so sánh những hạt nano kích thước 4.5 và những hạt kích thước 12.5 nano mét, và phát hiện ra hạt càng nhỏ thì hấp thụ càng nhiều ánh sáng xanh.
Còn vị khoa học gia thứ ba vừa nhận giải Nobel hóa học năm nay, Moungi Bawendi thì từng là nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm mà Brus đứng đầu vào cuối thập niên 1980. Ông có công góp phần tạo ra những nghiên cứu để giải quyết những vấn đề còn tồn đọng trong nghiên cứu vài năm trước của Brus. Quan trọng nhất, quy trình sản xuất chấm lượng tử khi ấy không kiểm soát được kích thước và chất lượng của từng hạt. Điều đó ảnh hưởng tới khả năng ứng dụng của loại vật liệu này. Đến năm 1993, Bawendi tìm ra cách kiểm soát chất lượng và kích thước của quantum dot, nhờ vào việc thay đổi nhiệt độ đa dạng trong quá trình sản xuất.
Nói về giải Nobel hóa học năm nay, chủ tịch hiệp hội hóa học Mỹ Judith C. Giordan nói: "Chấm lượng tử là một ví dụ điển hình về khả năng lý thuyết hóa một hiện tượng, rồi tổng hợp, chế tạo và điều chỉnh chúng một cách chính xác. Khả năng điều chỉnh kích thước của các chấm lượng tử cho phép chúng phát ra những bước sóng cụ thể phục vụ nhiều mục đích sử dụng, từ màn hình cho đến chiếu sáng."
Quảng cáo
CHUYÊN MỤC NGHỆ THUẬT LÀM GIÀU BỀN VỮNG
Khóa học Machine Learning cơ bản- Khoa học dữ liệu - AI 
==***==
Khoá học Quản trị Chiến lược Dành cho Lãnh đạo Doanh nghiệp
==***==
Nơi hội tụ Tinh Hoa Tri Thức - Khơi nguồn Sáng tạo
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
---
Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên ZALO!
Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên Facebook!
Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng
KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP 
Khóa học Lập trình Visual Foxpro 9 - Dành cho nhà quản lý và kế toán 
Khóa học hướng dẫn về Moodle chuyên nghiệp và hay Xây dựng hệ thống đào tạo trực tuyến chuyên nghiệp tốt nhất hiện nay. 
Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp 
Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu 
Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ 
Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi 
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel 
Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao 
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!
Khóa học "Thiết kế bài giảng điện tử", Video, hoạt hình kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio 
Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP 
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍 
GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng 
Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ
Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình TUYỆT VỜI
Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử 
Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học 
Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công 
==***== Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột 
Cập nhật công nghệ từ Youtube tại link: congnghe.hocviendaotao.com
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng
KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP
Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp
Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu
Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ
Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel
Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!
kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio
Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA
Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍
GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng
Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ
Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình TUYỆT VỜI
Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử
Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học
Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công
==***==
Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
Nguồn: Tinh Tế
Topics: Công nghệ mới
