スウェーデン王立科学アカデミーは４日、２０２３年のノーベル化学賞を、極めて小さいナノ（ナノは１０億分の１）レベルの半導体の微粒子「量子ドット」の基礎を築いた米国の研究者３人に授与すると発表した。テレビの液晶ディスプレーの高精細化を可能にするほか、がんの外科手術で治療する部位の目印としても活用されている。
授賞式は（とね日記賞の発表と同じ）12月10日に開かれる。賞金は１１００万スウェーデン・クローナ（約１億５０００万円）で、３人で等分する。
The Nobel Prize in Chemistry 2023
https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2023/summary/
Announcement of the Nobel Prize in Chemistry 2023
今年は「極めて小さいナノ（ナノは１０億分の１）レベルの半導体の微粒子「量子ドット」の基礎」を築いた業績が評価されたことによる授賞である。
発表では次のようなスライドが映された。
発表のタイミングで公開されたプレスリリースを和訳したものを載せておこう。
プレスリリース（英語）：
https://www.nobelprize.org/uploads/2023/10/press-chemistryprize2023.pdf
https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2023/summary/
日本語訳：
2023年ノーベル化学賞
モウンジ・バウェンディ、マサチューセッツ工科大、アメリカ
ルイス・ブルース、コロンビア大、アメリカ
アレクセイ・エキモフ、ナノクリスタルズ・テクノロジー社、アメリカ
“量子ドットの発見と合成に対して”授賞する。
彼らはナノテクノロジーの重要な種を蒔いた
2023 年のノーベル化学賞は、サイズによって特性が決まるほど非常に小さいナノ粒子である量子ドットの発見と開発に与えられます。これらのナノテクノロジーの最小コンポーネントは現在、テレビや LED ランプから光を広げ、特に腫瘍組織を切除する際に外科医を導くこともできます。
化学を勉強する人は誰でも、元素の性質がその元素が持つ電子の数によって支配されることを学びます。しかし、物質がナノ次元に縮小すると、量子現象が発生します。これらは問題の大きさによって決まります。2023年のノーベル化学賞受賞者らは、その性質が量子現象によって決まるほど小さな粒子を生成することに成功した。量子ドットと呼ばれる粒子は、現在ナノテクノロジーにおいて非常に重要です。
「量子ドットには、多くの魅力的で珍しい特性があります。重要なのは、サイズに応じて色が異なるということです」とノーベル化学委員会委員長のヨハン・オクヴィスト氏は言います。
物理学者は、理論的にはサイズに依存する量子効果がナノ粒子で発生する可能性があることを長い間知っていましたが、当時はナノ次元で彫刻することはほとんど不可能でした。したがって、この知識が実用化されると信じていた人はほとんどいませんでした。
しかし、1980 年代初頭に、アレクセイ・エキモフは色ガラスにサイズ依存の量子効果を作り出すことに成功しました。この色は塩化銅のナノ粒子に由来しており、エキモフは粒子サイズが量子効果を介してガラスの色に影響を与えることを実証しました。
数年後、ルイス・ブルースは流体内を自由に浮遊する粒子におけるサイズ依存の量子効果を証明した世界初の科学者となりました。
1993 年、モウンジ・バウェンディは量子ドットの化学的製造に革命をもたらし、ほぼ完璧な粒子を実現しました。応用して活用するためにはこの高い品質が必要でした。
量子ドットは現在、QLED テクノロジーに基づいてコンピューターのモニターやテレビ画面を照らしています。また、一部の LED ランプの光に微妙なニュアンスを加え、生化学者や医師は生体組織のマッピングに使用します。
このように、量子ドットは人類に最大の利益をもたらしています。研究者らは、将来的にはこれらの粒子がフレキシブルエレクトロニクス、小型センサー、薄型太陽電池、暗号化された量子通信に貢献できると信じているため、私たちはこれらの小さな粒子の可能性を探求し始めたところです。
イラスト
以下のイラストは非営利目的である限り無料で使用できます。著作権はスウェーデン王立科学アカデミー、Johan Jamestadに帰属します。
イラスト：2023 年ノーベル化学賞（pdf）
イラスト：量子ドット（pdf）
イラスト：粒子が収縮すると量子効果が生じる（pdf）
イラスト：モウンジ・バウェンディが量子ドットを製造した方法（pdf）
バウェンディ博士、ブルース博士、エキモフ博士、化学賞受賞おめでとうございます。
関連書籍：
後日追記予定。
関連記事：
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本質は、ナノメートルオーダーの寸法を変えることでバンドギャップを自由に制御できるところにあります。
元素の特性は電子状態で決まるので、大雑把に言えば人工的な原子ができると考えて良いわけです！
そうなのですね。このような基礎レベルの技術革命は応用例がものすごく広そうです。
おそらく1980年後半くらいから、化合物半導体を用いて、作製技術と理論が進んできた技術です。
最初は量子井戸 (Multi-Quantum Well: MQW)でナノメートルオーダーのバンドギャップの異なる半導体の薄膜を繰り返し重ねて作ることで、薄膜の厚みを変えるとバンドギャップが精密に制御できるところから、詳細な研究が進んできました。
この2次元的な構造から、次は2次元的な量子細線 (Quantum Wire) での検討が進み、その後1次元的な量子ドット (Quantum Dot) が検討され現在のような産業化へ進んできています。
材料面では、III-V属化合物半導体での研究からII-VI属化合物半導体へ進むことで、安定な素材を用いた産業化へ繋がってきています。
私自身、III-V属系でMQW素子を作って応用研究をしていたことがあるので、とても懐かしいです。