नोबेल पुरस्कार ने 'क्वांटम डॉट' नैनोकणों के आविष्कारकों को सम्मानित किया | क्वांटा पत्रिका

कल्पना कीजिए कि एक नैनोक्रिस्टल इतना छोटा है कि यह एक परमाणु की तरह व्यवहार करता है। मौंगी जी बावेंडी, लुई ई. ब्रूस और एलेक्सी आई. एकिमोव ऐसे सूक्ष्म चमत्कारों की एक श्रेणी की खोज करने के लिए, जिन्हें अब क्वांटम डॉट्स के रूप में जाना जाता है, और उन्हें संश्लेषित करने की एक सटीक विधि विकसित करने के लिए रसायन विज्ञान में 2023 के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया है। रसायन विज्ञान की नोबेल समिति ने पुरस्कार की घोषणा में कहा कि क्वांटम डॉट्स पहले से ही इलेक्ट्रॉनिक्स और बायोमेडिसिन में महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहे हैं, जैसे दवा वितरण, इमेजिंग और चिकित्सा निदान में, और भविष्य में इसके और अधिक आशाजनक अनुप्रयोग होंगे।

क्वांटम डॉट्स, जिन्हें कभी-कभी कृत्रिम परमाणु भी कहा जाता है, सिलिकॉन और अन्य अर्धचालक सामग्रियों से बने सटीक नैनोक्रिस्टल होते हैं जो केवल कुछ नैनोमीटर चौड़े होते हैं - क्वांटम गुणों को प्रदर्शित करने के लिए काफी छोटे होते हैं जैसे कि व्यक्तिगत परमाणु करते हैं, हालांकि वे आकार में सौ से कुछ हजार परमाणु होते हैं . क्योंकि इलेक्ट्रॉनों को उनके भीतर कुछ ऊर्जा स्तरों पर फंसाया जा सकता है, नैनोक्रिस्टल केवल कुछ निश्चित तरंग दैर्ध्य के प्रकाश का उत्सर्जन कर सकते हैं। कणों के आकार को नियंत्रित करके, शोधकर्ता सटीक रूप से प्रोग्राम कर सकते हैं कि उत्तेजित होने पर क्वांटम बिंदु किस रंग में चमकेंगे।

आज सुबह नोबेल पुरस्कार की घोषणा के समय मंच पर, जोहान एक्विस्टरसायन विज्ञान के लिए नोबेल समिति के अध्यक्ष ने पांच फ्लास्क की एक श्रृंखला प्रदर्शित की, जिनमें से प्रत्येक में एक अलग रंग का चमकीला तरल पदार्थ था। तरल पदार्थों में क्वांटम डॉट्स के तरल घोल का आकार एक मिलीमीटर का केवल कुछ मिलियनवां हिस्सा था। इस छोटे आकार में, "क्वांटम यांत्रिकी सभी प्रकार की चालें खेलना शुरू कर देती है," एक्विस्ट ने कहा।

क्वांटम यांत्रिकी भविष्यवाणी करती है कि यदि आप एक इलेक्ट्रॉन लेते हैं और उसे एक छोटी सी जगह में निचोड़ते हैं, तो इलेक्ट्रॉन की तरंग क्रिया संकुचित हो जाती है, समझाया गया हेनर लिंके, रसायन विज्ञान के लिए नोबेल समिति के सदस्य और नैनोफिजिक्स के प्रोफेसर। आप स्थान को जितना छोटा करेंगे, इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी, जिसका अर्थ है कि यह एक फोटॉन को अधिक ऊर्जा दे सकता है। संक्षेप में, एक क्वांटम बिंदु का आकार यह निर्धारित करता है कि वह किस रंग में चमकेगा। सबसे छोटे कण नीले रंग में चमकते हैं, जबकि बड़े कण पीले और लाल रंग में चमकते हैं।

1970 के दशक तक, भौतिकविदों को पता था कि क्वांटम घटना को सैद्धांतिक रूप से बेहद छोटे आकार के कणों के साथ जोड़ा जाना चाहिए, जैसे वे अल्ट्राथिन फिल्मों के साथ थे, लेकिन उस भविष्यवाणी का परीक्षण करना असंभव लग रहा था: ऐसा लगता था कि कणों को बनाने और संभालने का कोई अच्छा तरीका नहीं था सिवाय इसके कि अन्य सामग्रियों के अंदर जो उनके गुणों को छिपा देंगे। हालाँकि, 1981 में सोवियत संघ में एसआई वाविलोव स्टेट ऑप्टिकल इंस्टीट्यूट में एकिमोव ने इसे बदल दिया। एक गिलास में तांबे और क्लोरीन के यौगिकों को जोड़ते समय, उन्होंने पाया कि कांच का रंग पूरी तरह से उन जोड़े गए कणों के आकार पर निर्भर करता है। उन्होंने तुरंत पहचान लिया कि क्वांटम प्रभाव संभावित स्पष्टीकरण थे।

1983 में बेल लैब्स में, ब्रूस रासायनिक प्रतिक्रियाओं को चलाने के लिए प्रकाश के उपयोग पर प्रयोग चला रहा था। ब्रूस (अब कोलंबिया विश्वविद्यालय में) ने देखा कि नैनोकणों का आकार उनके ऑप्टिकल गुणों को भी प्रभावित करता है, भले ही वे तरल घोल में स्वतंत्र रूप से तैर रहे हों। लिंके ने कहा, "इससे काफी दिलचस्पी पैदा हुई।"

ऐसे कणों की संभावित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपयोगिता प्रौद्योगिकीविदों पर हावी नहीं हुई, जिन्होंने इसका अनुसरण किया मार्क रीड येल विश्वविद्यालय ने उन्हें क्वांटम डॉट्स के रूप में संदर्भित किया है। लेकिन अगले दशक तक, शोधकर्ता इन कणों के आकार और गुणवत्ता को सटीक रूप से नियंत्रित करने के लिए संघर्ष करते रहे।

हालाँकि, 1993 में, बावेंडी ने उत्तम नैनोकण बनाने के लिए एक "सरल रासायनिक विधि" का आविष्कार किया, एक्विस्ट ने कहा। वह ठीक उसी समय को नियंत्रित करने में सक्षम था जब क्रिस्टल बने थे, और फिर वह नियंत्रित तरीके से आगे की वृद्धि को रोकने और फिर से शुरू करने में सक्षम था। उनकी खोज ने क्वांटम डॉट्स को विभिन्न अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोगी बना दिया।

इन नैनोकणों का अनुप्रयोग एलईडी डिस्प्ले और सौर कोशिकाओं से लेकर जैव रसायन और चिकित्सा में इमेजिंग तक होता है। "ये उपलब्धियाँ नैनोटेक्नोलॉजी में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर दर्शाती हैं," एक्विस्ट ने कहा।

क्वांटम डॉट्स क्या होते हैं?

वे मानव निर्मित नैनोकण इतने छोटे हैं कि उनके गुण क्वांटम यांत्रिकी द्वारा नियंत्रित होते हैं। उन गुणों में प्रकाश का उत्सर्जन शामिल है: उनके द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पूरी तरह से कणों के आकार पर निर्भर करती है। बड़े कणों में इलेक्ट्रॉनों में कम ऊर्जा होती है और वे लाल प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, जबकि छोटे कणों में इलेक्ट्रॉनों में अधिक ऊर्जा होती है और वे नीली रोशनी उत्सर्जित करते हैं।

शोधकर्ता केवल उनके आकार को विनियमित करके सटीक रूप से यह निर्धारित कर सकते हैं कि क्वांटम डॉट्स से प्रकाश का कौन सा रंग निकलेगा। यह अन्य प्रकार के फ्लोरोसेंट अणुओं के उपयोग पर एक बड़ा लाभ प्रदान करता है, जिसके लिए प्रत्येक विशिष्ट रंग के लिए एक नए प्रकार के अणु की आवश्यकता होती है।

नियंत्रणीयता में यह लाभ क्वांटम बिंदुओं के रंग तक सीमित नहीं है। नैनोकणों के आकार को समायोजित करके, शोधकर्ता उनके विद्युत, ऑप्टिकल और चुंबकीय प्रभावों के साथ-साथ उनके पिघलने बिंदु जैसे भौतिक गुणों या वे रासायनिक प्रतिक्रियाओं को कैसे प्रभावित करते हैं, को भी समायोजित कर सकते हैं।

बावेंडी के कार्य ने क्वांटम डॉट्स को कैसे व्यावहारिक बनाया?

1993 में, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में बावेंडी और उनकी टीम ने पहले की तुलना में अधिक सटीक और उच्च गुणवत्ता के साथ क्वांटम डॉट्स का उत्पादन करने की एक विधि विकसित की। उन्होंने अपने रासायनिक पूर्ववर्तियों को अत्यधिक गर्म विलायक में इंजेक्ट करके नैनोक्रिस्टल को तुरंत विकसित करने का एक तरीका ढूंढ लिया। इसके बाद शोधकर्ताओं ने तुरंत विलायक का तापमान कम करके क्रिस्टल के विकास को रोक दिया, जिससे छोटे-छोटे क्रिस्टलीय "बीज" बने। घोल को धीरे-धीरे दोबारा गर्म करके, वे नैनोक्रिस्टल की आगे की वृद्धि को नियंत्रित कर सकते हैं। उनकी विधि ने वांछित आकार के क्रिस्टल का पुनरुत्पादन किया, और यह विभिन्न प्रणालियों के लिए अनुकूल था।

क्वांटम डॉट्स का उपयोग कहाँ किया जा रहा है?

यदि आपने कभी QLED टीवी पर कार्यक्रम देखा है, तो आपने इन नैनोकणों को खेलते हुए देखा है। लेकिन इन्हें बायोमेडिकल इमेजिंग और प्रकाश व्यवस्था में भी उपयोग में लाया जा रहा है। शोधकर्ता अभी भी क्वांटम कंप्यूटिंग और संचार, लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स, सेंसर, कुशल सौर कोशिकाओं और सौर ईंधन के लिए उत्प्रेरक में इन नैनोकणों के लिए अतिरिक्त अनुप्रयोगों की खोज कर रहे हैं।