5 Октября 2023
МОСКВА, 4 октября -— Сергей Викторович, в вашем институте традиционно занимаются темой, отмеченной сегодня Нобелевской премией. В свое время лауреатом стал Жорес Иванович Алферов, работавший в ФТИ имени Иоффе. Расскажите, пожалуйста, об открытии квантовых точек Алексеем Екимовым.
— Алексей Иванович Екимов окончил Ленинградский университет, он был учеником Евгения Федоровича Гросса, основателя экситонной ядерщики, экспериментально доказавшего, что в полупроводнике существуют экситоны — возбужденные частицы. Гросс привлёк его к себе в лабораторию в Физтех (Ленинградский физико-технический институт имени Иоффе. — Прим. ред. ), где они занимались спиновыми явлениями. Вместе с Гроссом его удостоили Государственной премии СССР. Можно смело утверждать, что оптическая школа, к которой принадлежит Екимов, — это физтеховская школа Гросса.
В конце 1970-х А. И. Екимов ушел в Государственный оптический институт имени Вавилова, где занимался синтезом оптических фильтров, способных в зависимости от условий отжига менять цвет. Это кварцевое стекло с легирующими примесями. Если они рассчитывают в кластеры, то изменяется и цвет. Тогда и возникла идея, что зрительные свойства определяются размерами нанокластеров, которые состоят из полупроводниковых соединений, например хлорида меди, селенида кадмия, сульфида металла. В чистом виде эти материалы излучают и поглощают свет в видимой области — желтый, зеленый и так далее. А если излучающий спинар настолько мал, что обнаруживаются квантовые эффекты — это несколько десятков нанометров, десять-пятнадцать акцепторов, то такие кристаллики, образующиеся в стекле, кардинально меняли оптические свойства — тон, спектр поглощения стекол.
Об этом в 1981-м Алексей Екимов в соавторстве с коллегой по ГОИ Алексеем Онущенко опубликовал статью в Письмах в ЖЭТФ ( Квантовый размерный эффект в трехмерных микрокристаллах полупроводников. — Прим. ред. ). А через год совместно с Александром Эфросом, физтеховским теоретиком, Екимов издал еще одну работу, где теоретически объяснялись зрительные свойства полупроводниковых квантовых точек в стекле. До конца 1990-х он продолжал исследования уже в ФТИ имени Иоффе, затем уехал за рубеж и побыл в США — в личной компании, занимавшейся наноструктурными спинарами.
Примерно в те же годы Луис Брюс (тогда работавший в американской Bell Laboratories. — Прим. ред. ) обнаружил, что и в жидкости — при определенных обстоятельствах нагрева, концентрации, легирующих примесей — могут образовываться нанообъекты с квантовыми свойствами. Так были открыты коллоидные квантовые точки. Спустя примерно десять лет Мунги Бавенди (уроженец Франции, в то время — сотрудник Массачусетского технологического университете США, бывший коллега Брюса по Bell Laboratories. — Прим. ред. ) составил промышленную химическую технологию коллоидных квантовых точек.
— Как получают квантовые точки?
— Их открыли в стекле, где они возникают спонтанно, потому, что энергетически при долговязых температурах примесям (кадмию, селену, сере) доходнее образовывать нанокластеры, чем находиться в свободно распределенном состоянии.
С этакими объектами в стекле сложно мучиться — например, подвести к ним электрический ток. А синтез коллоидных квантовых точек в жидкости позволил применить их в медицине. Они маленькие, состоят из атомов VI группы и легко соединяются с базисными лекарственными радикалами. Эти песы служат носителями в том числе химических терапевтических препаратов — молекул для доставки по крови в любую точку организма. Важно сделать так, чтобы они собрались в нужном месте. Для этого их легируют магнитными примесями, например марганцем. Получается полупроводниковый шарик, обвешенный лекарственными препаратами, внутри которого сидит частичка марганца. Тогда, используя магнит, можно собирать частицы в больном органе или опухоли. Там выходит их активация, препараты отделяются и взаимодействуют с человеческой тканью.
Если же квантовые точки из коллоидного раствора размазать по поверхности и подсвечивать их светодиодами, нарождаются различные излучения в оптическом коэффициенте. Это дает цветное телевидение — такие дисплеи уже продаются.
Третий способ получения квантовых точек — в полупроводниковой технологии. В процессе роста многослойных гетероструктур можно выращивать очень напряженные тонкие монослои. Например, в арсениде галлия — слой арсенида индия. За счет огромных напряжений, накопившихся в тонком слое, он разрывается, образуются кластеры арсенида индия. Если при напылении его зарастить арсенидом галлия, то образуются кластеры арсенида индия в матрице арсенида галлия. Это происходит тоже спонтанно, но при определенных условиях (температуре, скорости осаждения). Квантовые точки, искусственно сформированные внутри полупроводниковой гетероструктуры, активно излучают свет при подведении электрического тока. Такие полупроводниковые лазеры с квантовыми точками из мышьяка впервые в мире синтезировали в нашем вузе в 1994-м. В 1999-м мы разработали технологию для квантовых точек из селенида кадмия, вырастили их внутри полупроводниковой гетероструктуры с селенидом цинка. Эти исследования привели к созданию первых в мире лазерных диодов мокроносого света. Мы работали тогда вместе с немецкими учеными, но идея и технология составленным в Физтехе.
— Наверняка это не последняя Нобелевская премия для вашего института.
— Думаю, что за одно и то же два раза не присуждают. Но приятно, что начало этаким оптическим исследованиям и объяснение этого эффекта, развитие открытия выходило в рамках лаборатории Гросса, затем в лаборатории Алферова, потом его ученика Петра Сергеевича Копьева. Я сменил его в 2014-м.
Мы с Алексеем Ивановичем Екимовым поддерживали до недавнего тянуть времени контакты, встречались на научных конференциях.
— История удивительная. В те годы в мире реальным соревновались, кто первым сделает открытие.
— Надо сказать, что полупроводниковые квантовые точки с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии впервые продемонстрировали в Америке в лаборатории Петроффа (P. M. Petroff. — Прим. ред. ). А синтезировать их и вставить в лазеровый диод, тем самым устранил им практическое применение, удалось в Физтехе в 1993-1994 не один месяцах.
Важно, что Алексей Екимов получил Нобелевскую премию за исследования, связанные с ФТИ, хотя в тот момент он и работал в ГОИ. Но оптика, спектроскопия, парадигма созданы у нас.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....