Investointi Nobel-palkinnon saavutuksiin – kvanttipisteet ja nanovärit

Nobel-palkinnon historia

Nobel-palkinto on tieteellisen maailman arvostetuin palkinto. Se luotiin mukaan Herra Alfred Nobelin testamentti antaa palkinto"niille, jotka edellisen vuoden aikana ovat tuottaneet eniten hyötyä ihmiskunnalle” fysiikassa, kemiassa, fysiologiassa tai lääketieteessä, kirjallisuudessa ja rauhassa.

Ruotsin keskuspankki perustaisi myöhemmin kuudennen palkinnon taloustieteille, virallisesti nimellä Prize in Economic Sciences, joka tunnetaan usein paremmin taloustieteen Nobel-palkinnona.

Päätös siitä, kenelle palkinto myönnetään, kuuluu useille ruotsalaisille korkeakouluille.

Perinnölliset huolenaiheet

Päätös Nobel-palkinnon perustamisesta tuli Alfred Nobelille luettuaan oman muistokirjoituksensa ranskalaisen sanomalehden virheen jälkeen, jossa sanomalehti ymmärsi väärin uutisen hänen veljensä kuolemasta. Ranskalainen artikkeli nimeltä "Kuoleman kauppias on kuollut" arvosteli Nobelia hänen keksinnöstään savuttomista räjähteistä, joista tunnetuin oli dynamiitti.

Hänen keksinnöllään oli suuri vaikutus nykyaikaisen sodankäynnin muotoiluun, ja Nobel osti massiivisen rauta- ja terästehtaan tehdäkseen siitä merkittävän asevalmistajan. Koska hän oli ensin kemisti, insinööri ja keksijä, Nobel tajusi, ettei hän halunnut, että hänen perintönsä olisi yksi miehistä, jotka muistettiin tienaaneen omaisuutta sodasta ja muiden kuolemasta.

Nobel palkinto

Nykyään Nobelin omaisuus on talletettu rahastoon, joka on sijoitettu tuottamaan tuloja Nobel-säätiön ja voittajille myönnettävän kullatun vihreän kultamitalin, diplomin ja 11 miljoonan Ruotsin kruunun (noin miljoonan dollarin) rahapalkinnon rahoittamiseksi.

Lähde: Britannica

Usein Nobel-palkinnon rahat jaetaan useiden voittajien kesken, erityisesti tieteenaloilla, joilla on tavallista, että 2 tai 3 johtavaa hahmoa osallistuu yhdessä tai rinnakkain uraauurtavaan löytöyn.

Vuosien varrella Nobel-palkinto on tullut tieteellinen palkinto, joka yrittää löytää tasapainon teoreettisten ja hyvin käytännöllisten löytöjen välillä. Se on palkittu saavutuksista, jotka ovat rakentaneet modernin maailman perustan, kuten radioaktiivisuus, antibiootit, Röntgenkuvattai PCB, samoin kuin perustiede, kuten auringon energianlähde, The elektronin varaus, atomirakennetai superfluiditeetti.

Mikroskooppiset värit

Jokapäiväisessä elämässä esineillä on erityisiä värejä, koska ne ovat vuorovaikutuksessa valon kanssa. Auringonvalo sisältää kirjon värejä, ja kun jotkut värit imeytyvät, tämä antaa meille erilaisia ​​heijastuvia värejä.

Lähde: DataColors

Nämä mekanismit eivät toimi samalla tavalla nanometritasolla. Tässä kvanttiefektit, jotka muuttavat elektronien järjestystä atomin ytimen ympärillä, muuttavat sitä, miten materiaali absorboi valoa. Tämä puolestaan ​​muuttaa sen väriä.

Tarkemmin sanottuna se johtuu soveltamisesta Schrödingerin yhtälö, joka ennustaa kuinka hiukkaset käyttäytyvät kvanttimittakaavassa, jossa ne ovat sekä aalto että hiukkanen.

Vuonna 1937 fyysikko Herbert Fröhlich ennusti, että Schrödingerin yhtälön ansiosta nanohiukkaset käyttäytyisivät eri tavalla kuin suuremmat. Mikä tärkeintä, kun hiukkasista tulee erittäin pieniä, materiaalin elektroneille jää vähemmän tilaa, joten ne puristuvat yhteen.

Koska valon vuorovaikutus materiaalin elektronien kanssa määrää sen värin, tämä ennusti, että kvanttiefektit voisivat muuttaa nanopartikkelien väriä niiden koosta riippuen (ja siten siitä, kuinka "puristuneet" niiden elektronit ovat).

Siirtyminen 1930-luvun teorioista käytäntöön vie aikaa, ja se toteutui vasta 1980- ja 1990-luvuilla kolmen eri tiedemiehen asteittain mahdollistavan sen.

Vuonna 2023 he saivat yhdessä Nobelin kemian palkinnon työstään, joka johti niin kutsuttujen "kvanttipisteiden" löytämiseen..

Lähde: Nobel palkinto

Nykyään kvanttipisteitä käytetään lääketieteessä, näyttöjen ja QLED-valmistuksessa, mikä edustaa 4 miljardin dollarin markkinaa vuonna 2021.

Niistä voi tulla ratkaisevia monissa muissa sovelluksissa, syövän havaitsemisesta infrapunakvanttipisteillä, To Pankromaattisten aurinkojärjestelmien luominen tai avata uusia vaihtoehtoja elektroniikan valmistuksessa nanofotoniikalla.

Muinaisesta lasista kvanttifysiikkaan

Nykyaikana tiedemiehet löysivät uudelleen jotain, jonka lasinvalmistajat olivat tienneet antiikista lähtien: on mahdollista luoda erivärinen värillinen lasi lisäämällä lasiin epäpuhtauksia, kuten hopeaa, kultaa ja kadmiumia.

Mielenkiintoisempaa on, että sama lisätty elementti saattoi tuottaa erilaisia ​​värejä riippuen siitä, kuinka lasi lämmitettiin ja jäähdytettiin.

Tämän Nobel-palkinnon ensimmäinen voittaja Aleksey Yekimov aloitti värillisen lasin analysoinnin puolijohdeteollisuuden käyttämällä valoanalyysityökalulla. Röntgenin avulla hän havaitsi, että kuparikloridilla sävytetyssä lasissa, joka on valmistettu eri kuumennusajoilla, kuparihiukkasten koko vaihtelee 2 nm:stä 30 nm:iin.

Kiehtova ilmiö oli, että vaikka suuret kuparihiukkaset toimivat "normaalisti", mitä pienemmät hiukkaset olivat, sitä sinisempää valoa ne absorboivat.

Lähde: Nobel palkinto

Tämä ei ollut ensimmäinen kerta, kun tällainen koosta riippuvainen kvanttiefekti havaittiin, mutta tämä oli ensimmäinen kerta, kun se tuotettiin suhteellisen yksinkertaisella valmistusprosessilla äärimmäisten olosuhteiden, kuten ultrakorkean tyhjön ja absoluuttisen nollan lähellä olevien lämpötilojen, sijaan.

Yekimov julkaisi tulokset Neuvostoliiton tieteellisessä lehdessä, ja hänen löytönsä pääsisi länsimaisen blokin tutkijoille vasta Neuvostoliiton kaatuessa. Joten rinnakkain länsimaiset tutkijat tekivät myös löytöjä, jotka johtaisivat kvanttipisteiden keksimiseen.

Suspendoituneet kvanttipistehiukkaset

At Bell Labs Yhdysvalloissa, inkubaattori vähintään 10 Nobel-palkinnolle, Louis Brus tutki miten aurinkoenergiaa käytetään kemiallisten reaktioiden tuottamiseen. Hän käytti kadmiumsulfidihiukkasia liuoksessa ja tuotti mahdollisimman pieniä hiukkasia maksimoidakseen reaktiopinnan.

Hän huomasi, että näiden hiukkasten valon absorptio muuttuu ajan myötä. Tutkimuksen jälkeen hän havaitsi, että ne kasvoivat ajan myötä agglomeroimalla yhteen pienempiä hiukkasia, jotka siirtyivät 4.5 nm:stä 12.5 nm:iin.

Suurempi hiukkanen absorboi valoa tavalla, jolla kadmiumsulfidia odottaa. Mutta pienemmillä hiukkasilla oli absorptio, joka siirtyi kohti sinistä.

Lähde: Nobel palkinto

Louis Brusin käyttämän nesteen kolloidisen suspension hiukkaset olivat mahdollisesti paljon hyödyllisempiä kuin Yekimovin lasiin lukitut hiukkaset, koska niitä voisi olla helpompi massatuotantoa ja jalostaa.

Tuotantomenetelmä osoittautui kuitenkin erittäin epäjohdonmukaiseksi. Sen lisäksi, että hiukkasten lopullinen koko oli lähes arvaamaton, liuokset sisälsivät useiden erikokoisten seoksen.

Se ei suinkaan ollut puhdas tuote, jota voitaisiin käyttää muissa teknologioissa ja teollisessa mittakaavassa, vaan se oli kuitenkin enimmäkseen tieteellinen uteliaisuus.

Kvanttipisteiden massatuotanto

Moungi Bawendi oli post doc -opiskelija Louis Brusin laboratoriossa vuonna 1988. Siellä hän kokeili kaikkia mahdollisia muuttujia luodakseen yhdenmukaisia ​​kvanttipisteitä testaten eri liuottimien, lämpötilojen ja tekniikoiden vaikutuksia. Tämä edistyi jonkin verran, mutta ei vieläkään riittänyt yhdenmukaiseen ja toistettavaan tulokseen.

Myöhemmin työskennellessään MIT:ssä hän lopulta löysi reseptin, joka toimi:

• He ruiskuttivat liuottimeen täsmälleen niin paljon aineita kuin oli tarpeen liuoksen tarkalleen kyllästämiseksi.
  • Tämä johti pienten kristallialkioiden muodostumiseen samaan aikaan.
  • Kylmä injektio mahdollisti välittömästi kiteen muodostumisen pysäyttämisen.
• Sitten ne nostivat asteittain lämpötilaa, mikä mahdollisti asteittain suurempien kiteiden muodostumisen.
  • Tämä vaihe antoi liuottimen antaa kiteille sileän ja tasaisen pinnan, mikä parantaa tuloksena olevia optisia ominaisuuksia.

Lähde: Nobel palkinto

Tämä menetelmä johti lähes täydelliseen kvanttipistekiteeseen. Vielä tärkeämpää on, että sitä oli helppo käyttää, joten useammat kemistit saattoivat alkaa tuottaa kvanttipisteitä ja tutkia mahdollisia sovelluksia.

Vallankumouksellinen uusi tilanne

Mikä teki kvanttipisteistä niin vaikuttavia, on se, että ne muuttivat täysin tapoja käyttää elementtien jaksollista taulukkoa.

Mendelejevin jaksotaulukossa alkuaineet luokitellaan niiden atomimassan ja kemiallisten ominaisuuksien mukaan. Nämä ominaisuudet määräytyvät enimmäkseen kunkin atomin ytimien ympärillä olevien elektronipilvien käyttäytymisen mukaan.

Lähde: Britannica

Muuttamalla alkuaineen elektronien käyttäytymistä kvanttipisteet antoivat pohjimmiltaan kokonaan uuden ulottuvuuden alkuaineiden jaksojärjestelmään. Kvanttipisteiden löytäminen ja massatuotanto on siis verrattavissa täysin uusien materiaalien löytämiseen, joilla on uusia sähköisiä ja kemiallisia ominaisuuksia.

Tämä muistuttaa hieman muita materiaaleja, joilla on ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten nanoputkia tai kasvavat joukot mahdollisesti sivilisaatiota muuttavia 2D-materiaaleja, kuten grafeenia, borofeenia ja kultaa.

Lähde: Ossila

Quantum Dots -sovellukset

QLED

Yksi suurimmista kvanttipisteiden nykyisistä sovelluksista on QLED-tekniikka (Quantum dot LED).

Siinä kvanttipisteet muuttavat sinisen valon punaiseksi tai vihreäksi, mikä mahdollistaa kirkkaiden värien näyttöjen luomisen käyttämällä vain yhtä valonlähdettä (sinistä valoa säteilee sininen valo LED, löytö, joka palkittiin Nobel-palkinnolla vuonna 2014, josta olemme aiemmin käsitelleet).

Kvanttipisteitä käytetään myös parantamaan LEDien valoa tekemällä kylmemästä valosta miellyttävämpi väri.

Optinen signaali

Vaikka useimmat kvanttipisteet käyttävät nykyään Brus & Bawendin liuotinpohjaista ratkaisua, Yekimovin löytämiä upotettuja kiteitä käytetään edelleen esimerkiksi signaalin vahvistamiseen kuituoptisissa viestintäjärjestelmissä.

Toisella menetelmällä tuotetut kvanttipisteet löydettiin myöhemmin (Stranski-Krastanovin kasvumenetelmä) ja niitä käytetään esimerkiksi kvanttipistelasereissa optiseen viestintään.

Biokemia

Ainutlaatuisten ja erottuvien väriensä ansiosta kvanttipisteitä voidaan käyttää merkkiaineina asioiden jäljittämiseen mikroskooppisella tasolla.

Yksi tällainen sovellus on biokemistien kiinnittää kvanttipisteitä biomolekyyleihin, kuten viruksiin, DNA:han tai proteiineihin, jolloin he voivat seurata niiden liikettä ja kertymistä yksinkertaisella fluoresenssimikroskoopilla.

Lähde: Sigma Aldrich

Lääketiede

Kuvauspotentiaalinsa vuoksi kvanttipisteitä voidaan käyttää kehon kasvainkudoksen jäljittämiseen sitomalla kvanttipisteet vain syöpäsoluihin sitoutuviin molekyyleihin.

Lähde: Degruyter

Valoterapia on nouseva lääketieteen ala, jossa käytetään kvanttipisteitä ja niiden kykyä havaita syöpää. Siinä lääkärit käyttivät kvanttipisteitä absorboimaan valoa ja tuottamaan joko lämpöä tai reaktiivisia kemikaaleja, jotka aiheuttavat ympäröivien kasvainsolujen kuoleman.

Kuitenkin tarvitaan enemmän tutkimusta kvanttipisteiden rutiininomaiseen käyttöön lääketieteessä, koska ne voivat aiheuttaa ei-toivottuja sivuvaikutuksia, kuten vahingoittaa terveitä soluja, hajoaa tai agglomeroitua kehossa ja eliminoitua huonosti munuaisten kautta.

Kemialliset katalyytit

Kvanttipisteiden löytäminen alkoi Louis Brusin etsimällä parempia katalyyttejä, yhdisteitä, jotka voivat nopeuttaa tai mahdollistaa muuten hitaita kemiallisia reaktioita.

Ja se saattaa silti olla yksi kvanttipisteiden keskeinen sovellus, koska ne pystyvät absorboimaan valoa kemiallisten reaktioiden tehostamiseksi, joita ei muuten tapahtuisi.

Lähde: ACS

Tätä voisi käyttää jakaa vettä vedyksi, pelkistää CO2 hiilivetyyhdisteiksi, ja tehostaa muita kemiallisia reaktioita.

Hiilinanoputket, fullereeni ja grafeeni ovat hiilen kvanttipisteitä, joita käytetään usein fotokatalyytteinä niiden kehittyneiden ominaisuuksien, kuten vesiliukoisuuden, säädettävän fotoluminesenssin, alhaisen biologisen myrkyllisyyden ja pinnan helppouden funktionalisoinnin vuoksi.

Kvanttipisteet: katalyysisovellukset

energia

Koska kvanttipisteet ovat viime kädessä puolijohdemateriaalia, joiden kaistavälit vaihtelevat niiden koosta riippuen, niillä on vahva sovelluspotentiaali parempien aurinkokennojen luomiseen.

Lähde: Degruyter

Kvanttipisteiden aurinkokennoille tuoma tärkein etu on se, että ne voisivat laajentaa auringon spektriä, joka voidaan muuntaa energiaksi (piiaurinkokennot muuntavat energiaksi vain korkeimman energian fotoneja, "puuttuen" 70–75 % auringon energiasta).

Joten vaikka perinteiset aurinkokennot todennäköisesti etenevät maksimissaan 30-35 % muunnostehokkuuteen, kvanttipisteaurinkokennojen teoreettinen maksimiteho on 66 % (katso alla QD Solarista).

Kvantitietokoneet

Kilpailussa luoda suurempi ja suurempi kvanttitietokone (jota tutkimme "Kvanttilaskennan nykytila"), kvanttipisteet voivat olla arvokas työkalu.

He voisivat voidaan käyttää tietokoneen peruskomponenttina, Qubitina. Tai ne voivat muodostaa osia käytettyä järjestelmää paikallistaa ja havaita yksittäisen spinin sekä olla hyvä yksittäisten fotonien lähde.

Koska kvanttipistetuotanto on nyt hyvin ymmärretty ja suhteellisen halpa, niihin perustuvat mallit voivat auttaa saamaan kvanttitietokoneet massatuotantoon ja alentamaan niiden hintalappua.

Investointi kvanttipisteisiin ja nanoteknologiaan

QLED on tällä hetkellä suurin kvanttipisteiden markkina-alue, jossa toimii jättiläinen korealainen konglomeraatti Samsung (sen haara Samsung Electronics – SSNLF) markkinajohtaja.

Kvanttipisteet itsessään ovat kuitenkin suhteellisen pieni osa koko liiketoimintaa, ja yritys toimii myös kaikenlaisissa puolijohteissa (muisti, sirut, anturit, 5G jne.). Näin ollen kvanttipisteet eivät todellakaan ole liiketoiminnan ydin.

Voit sijoittaa kvanttipisteisiin ja nanoteknologiayrityksiin monien välittäjien kautta, ja löydät täältä arvopaperit.io, suosituksemme parhaille välittäjille USA: ssa, Kanada, Australia, UK, samoin kuin monissa muissa maissa.

Jos et ole kiinnostunut valitsemaan kvanttipisteitä ja nanoteknologiayrityksiä, voit myös tutkia nanoteknologian ETF:itä, kuten ProShares Nanotechnology ETF (PIKKU) tai Direxion Nanotechnology ETF (TYNE) joka tarjoaa monipuolisemman altistumisen kvanttipisteiden ja nanoteknologian osakkeiden hyödyntämiseksi.

Tai voit katsoa luetteloamme "10 parasta nanoteknologiaosaketta".

Kvanttipisteet ja nanoteknologiayritykset

1. Nanoco-ryhmä (NANO.l)

Lontoon pörssissä NANO-tunnuksella listattu Nanoco on erikoistunut kvanttipisteiden ja muiden nanomateriaalien kehittämiseen ja valmistukseen.

Yritys on kadmiumittomien kvanttipisteiden edelläkävijä, jolla on 375 patenttia ja lisenssikumppanuus Samsungin kanssa. Tämä päätti kaksi vuotta kestäneen oikeudenkäynnin Samsungin kanssa vuosina 2–2021 IP-oikeuksista, mikä johti lopulta Nanocolle 2023 miljoonan dollarin saamiseen Samsungilta.

Joten se voi tarjota tavan sijoittaa kvanttipisteisiin, joka on samanlainen kuin Samsung, mutta keskittyen erityisesti tähän tekniikkaan.

Yritys keskittyy enimmäkseen LED-sovelluksiin (OLED, μLED, QD-EL), mutta se tutkii myös uusia markkinoita, kuten esimerkiksi laskujen turvakoodauksia.

Lähde: Nanoco

Toinen ala, johon yritys investoi, ovat infrapunakvanttipisteet helleaalto. Sen pitäisi mahdollistaa erittäin tarkat infrapuna-anturit. Mahdollisten sovellusten joukossa ovat:

• Biometrinen kasvojentunnistus.
• Optinen diagnostiikka (O2-tason, bilirubiinin ja glukoosin mittaukset).
• LIDAR
• Yönäkö.

Yritys on vasta aloittamassa teknologiansa kaupallistamista kahdella kaupallisella tuotantotilauksella vuonna 2024.

Nanocon kvanttipisteiden kadmiumiton teknologia voisi olla erittäin vankka sovellus lääketieteellisissä ja biotekniikan sovelluksissa, jotka ovat yleensä vähemmän tervetulleita kuin raskasmetallipohjaiset kvanttipisteet.

2. QD Solar / SunDensity Kanada

Aurinkopaneelien valmistaja SunDensity Canada osti hiljattain QD Solarin, joka on kvanttipisteaurinkopaneelien kehittäjä ja tämän teknologian johtaja.

Tämä hankinta saattaa muuttaa aurinkoteknologiaa.

Toisaalta QD-aurinkoteknologia mahdollistaa suuremman tehokkuuden käyttämällä kvanttipisteitä. Tämän ansiosta paneeli voi hyödyntää infrapuna-aallonpituutta sähkön tuottamiseen, ja perovskiittia käytetään absorboimaan näkyvän spektrin korkean energian fotoneja.

Lähde: QD aurinko

Toisaalta SunDensity-teknologia käyttää erityisiä nanopinnoitteita suojaamaan aurinkopaneeleja UV-säteilyn aiheuttamalta hajoamiselta sen sijaan, että se muuttaisi UV-valoa enemmän sähköä.

QD Solarin "aktiivinen lähestymistapa" saavutetaan lisäämällä perovskiittikerros piipohjaisen aurinkokennon rinnalle. SunDensityn "passiivinen lähestymistapa" tarkoittaa pinnoitteita, jotka siirtävät tehokkaasti tulevan auringonvalon energian aurinkopaneelien absorboimaan paremmin soveltuvaan alueelle.

Teknologiat täydentävät toisiaan, ja niiden avulla voidaan saavuttaa yli 40 % moduulien tehokkuus yhdistettynä.

Yahoo Finance

Joten käyttämällä samassa aurinkopaneelissa perovskiitin (suuren energian näkyvät fotonit), nanopinnoitteet (UV-valo) ja kvanttipisteet (infrapunafotonit) yhdistelmä voisi saavuttaa aurinkopaneelilla saavutettavissa olevan maksimaalisen tehokkuuden.

Lähde: QD aurinko

Näkökulma tulevista 40 %:n hyötysuhteeltaan aurinkopaneeleista ja vielä suuremmista myöhemmistä aurinkopaneeleista voisi olla muutoksen alan kannalta.

Tehokkaammat ja kestävämmät aurinkopaneelit voivat olla erityisen arvokkaita vaativissa sovelluksissa, kuten avaruuspohjainen aurinkoenergia.