สามผู้พัฒนาเทคโนโลยี “ควอนตัมด็อต” คว้าโนเบลเคมี 2023
ที่มาของภาพ, GETTY IMAGES
คณะกรรมการรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปีนี้ ประกาศยกย่องผลงานการค้นพบและพัฒนาเทคโนโลยี “ควอนตัมด็อต” (Quantum dot) โดยนักวิทยาศาสตร์ 3 ราย ซึ่งนำไปสู่การปฏิวัติในอุตสาหกรรมยุคใหม่หลายแขนง ตั้งแต่การผลิตสินค้าอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ไปจนถึงยาและเวชภัณฑ์สำหรับการดูแลสุขภาพ
ศาสตราจารย์มอนจี บาเวนดี (Moungi Bawendi) จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซตส์หรือเอ็มไอที (MIT) ศาสตราจารย์ หลุยส์ อี.บรุส (Louis E. Brus) จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียของสหรัฐฯ และศาสตราจารย์อเล็กซี เอกิมอฟ (Alexey Ekimov) จากบริษัท Nanocrystals Technology Inc. ของสหรัฐฯ ได้รับรางวัลร่วมกันจาก “การค้นพบ สังเคราะห์ และพัฒนาควอนตัมด็อต อนุภาคที่เล็กระดับนาโนเมตร ซึ่งเป็นอนุภาคที่แสนจะเล็กจิ๋วเสียจนขนาดของมันกำหนดควบคุมสมบัติต่าง ๆ ของตัวเองให้เปลี่ยนไปได้”
ศ.เอกิมอฟ ชาวรัสเซีย คือคนแรกที่ค้นพบผลึกนาโนคริสตัลซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำ (semiconductor nanocrystal) จากการเติมสารคอปเปอร์คลอไรด์ (CuCl2) ลงในแก้วหลอมเหลว ซึ่งต่อมาอนุภาคของผลึกนี้ได้ชื่อว่า “ควอนตัมด็อต” โดยมันมีคุณสมบัติในการนำแสงและสามารถใช้งานในเชิงอิเล็กทรอนิกส์ได้เป็นอย่างดี เนื่องจากเมื่อมีการฉายแสงอัลตราไวโอเล็ต (ยูวี) อิเล็กตรอนในอนุภาคควอนตัมด็อตจะถูกกระตุ้นให้มีพลังงานสูงขึ้นได้ และยังสามารถกลับคืนสู่สถานะพื้นฐานโดยคายพลังงานออกมาในรูปของแสงสีต่าง ๆ ซึ่งเป็นไปตามส่วนต่างของพลังงานที่เกิดขึ้น
วัสดุควอนตัมด็อตนั้น มีสมบัติแปรเปลี่ยนไปได้ตามขนาดของโครงสร้างโมเลกุลที่มนุษย์ควบคุม ผ่านการกักอิเล็กตรอนเอาไว้ในปริภูมิสามมิติซึ่งคับแคบเหมือนกล่องขนาดเล็ก โดยยิ่งอิเล็กตรอนถูกกักหรือบีบอัดมากขึ้นเท่าไหร่ ก็จะยิ่งเปล่งแสงในระดับพลังงานที่สูงขึ้น ซึ่งจะออกไปทางสีน้ำเงินมากขึ้นเท่านั้น แต่หากอิเล็กตรอนถูกกักในกล่องที่กว้างขึ้น มันจะเปล่งแสงในระดับพลังงานที่ต่ำลง ซึ่งจะออกไปทางสีแดงมากขึ้น แม้จะเป็นวัสดุชนิดเดียวกันก็ตาม
ที่มาของภาพ, NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES
ต่อมา ศ.บรุส ได้ค้นพบผลึกนาโนคริสตัลที่เป็นตัวนำกึ่งยิ่งยวดอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งสามารถใช้แสงอาทิตย์เข้าควบคุมสมบัติเชิงแสง (optical property) ของมันได้ และในที่สุด ศ.บาเวนดี ได้คิดค้นพัฒนากระบวนการทางเคมีที่ทำให้สามารถควบคุมควอนตัมด็อตได้อย่างสมบูรณ์และแม่นยำขึ้น
แวดวงอุตสาหกรรมในปัจจุบันได้นำเทคโนโลยีควอนตัมด็อตไปใช้ประโยชน์ในหลายด้าน ทั้งการพัฒนาจอโทรทัศน์ความละเอียดสูง อุปกรณ์สร้างภาพในทางชีวเวชศาสตร์ ซึ่งช่วยในการตรวจหาก้อนมะเร็งและความผิดปกติของหลอดเลือดได้ดีขึ้น รวมทั้งใช้ในการพัฒนาเซลล์สุริยะหรือโซลาร์เซลล์รุ่นใหม่ ซึ่งจะมีประสิทธิภาพสูงขึ้นแต่ราคาถูกลง
ในปีนี้ผลการตัดสินรางวัลโนเบลสาขาเคมี ได้รั่วไหลออกไปสู่สื่อมวลชน ในเวลาไม่กี่ชั่วโมงก่อนการประกาศผลจริงที่ราชสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดน โดยหนังสือพิมพ์ Aftonbladet ได้รับอีเมลแจ้งผลการตัดสินรางวัลดังกล่าวก่อนใคร ซึ่งคณะกรรมการรางวัลโนเบลสาขาเคมีชี้แจงในภายหลังว่า เป็นความผิดพลาดในการดำเนินงาน
นักวิจัยทั้งสามจะแบ่งเงินรางวัลจำนวน 10 ล้านโครนสวีเดนด้วยกัน ส่วนพิธีมอบรางวัลโนเบลอย่างเป็นทางการ จะมีขึ้นที่กรุงสตอล์กโฮล์มของสวีเดน ในเดือนธันวาคมนี้
