När partiklarnas storlek ligger i skalan 10-9 m, nanometer, så är det inte bara mängden elektroner runt atomerna som avgör vilka egenskaper som materian får. Storleken på partikeln styr också smältpunkt, magnetism, laddning och kanske viktigast; energinivåerna. Det är detta som kallas kvantmekanik.
– De två äldre pristagarna, Aleksej Ekimov och Louis Brus kunde i experiment på 1980-talet visa att storleken på nanopartiklar var direkt kopplad till energinivån. Ekimov kunde visa att färgen på färgat glas berodde på storleken på glasets nanopartiklar. Fotoner med olika energi ger olika färg, säger Karl Börjesson, professor i fysikalisk kemi på Institutionen för kemi och molekylärbiologi.
Hundra år gammal kunskap
Att små partiklar styrs av kvantmekanik kunde fysiker som till exempel Erwin Schrödinger räkna ut redan för 100 år sedan, men det har varit svårt att göra så små partiklar med uniform kvalitet. Efter Nobelpristagarnas lyckade experiment började flera forskare intressera sig för nanopartiklarna och 1993 hittade den tredje pristagaren Moungi G. Bawendi ett sätt att tillverka nanopartiklar i önskade storlekar med hög kvalitet.
– Han måste ha tillbringat mycket tid i labbet innan han träffade rätt. Det fina är att det är en kemisk lösning som går att skala upp till stora kvantiteter, säger Karl Börjesson.
Finns i plattskärmarna
I dag finns kvantprickarna, som nanopartiklarna ofta kallas, i vår vardag. Framför allt handlar det om förmågan att kunna styra återgivningen av färger genom att ändra energin som skickas ut från partiklarna som utnyttjats i bland annat LED-belysning och moderna bild-skärmar. De är ofta märkta som QLED. Men kvantprickar har många fler användningsområden än så.
– Det används bland annat i biomedicin för visualisering av celler. Det finns solceller där kvantprickarna sitter på en genomskinlig film på ett fönster och absorberar energi ur solljuset och skickar det vidare till vanliga solceller som sitter i fönsterramen, men det är kostsamt, säger Alexandre Dmitriev, professor på Institutionen för fysik.
Kadmium kan ersättas
Hans forskning sker också på nanoskala, ofta med kvantprickar som ljusantenner för att skapa nya optiska metamaterial, ljusstyrd informationsbehandling och -lagring.
– Det sker en snabb utveckling i nanoteknologin nu. Hittills har man använt metaller som kadmium för att tillverka kvantprickarna. Men det är inte miljövänligt och kan vara svårt att återvinna. Nu har man börjat arbeta med grafen i stället, det är positivt, säger Alexander Dmitriev.
Är upptäckten av kvantprickar ett bra Nobelpris?
– Absolut. Det är verkligen fantastiskt att storleken i sig påverkar materialegenskaperna så fundamentalt. Och tack vare Nobelpristagarna kan vi utnyttja och tillämpa detta faktum, säger Alexandre Dmitriev.
