2023 노벨 화학상

“For the discovery and synthesis of quantum dots“

Announcement of the 2023 Nobel Prize in Chemistry

The Royal Swedish Academy of Sciences awarded the Nobel Prize in Chemistry 2023 to Moungi Bawendi, Louis Brus and Alexey Yekimov “for the discovery and synth...

[과학자가 해설하는 노벨상] 양자점 상용화...끝없는 질문에 답 찾는 과정

2023년 노벨 화학상은 ‘물질의 크기를 수 나노미터 수준으로 줄일 때, 그 물질의 특성은 우리 눈에 보이는 큰 물질과 어떻게 다를까?’란 질문에 천착한 세 명의 과학자에게 돌아갔다.

1. What is quantum dot?

양자점은 2~10 nm 정도 크기의 반도체 결정이다. 반도체 소재는 연속적인 에너지 준위의 띠 형태의 에너지 레벨을 가진다. 반면, 양자점은 결정의 크기에 따라서 valence band와 conduction band로 에너지 준위가 불연속화되며 quantum confinement effect를 보이는 광전자 소재이다. 양자점 크기가 작아질 수록 양자 구속 효과가 강하게 작용하여 양자점의 band gap이 커지고, 단 파장의 색상을 발출하게 된다. 이로 인해 특정 파장의 색상을 지니는 양자점을 얻을 수 있다.

2. Discovery of quantum dot

 브루스는 처음 태양 에너지를 사용하여 화학 반응을 일으키는 것을 장기적인 목표로 삼았다. 이를 위해 빛을 포착한 다음 그 에너지를 활용하여 반응을 유도할 수 있는 황화 카드뮴 입자를 사용했다. 이 과정에서 입자의 표면적을 늘리기 위해 재료를 아주 작게 자른 결과 광학적 특성이 변함을 관찰했다. 브루스는 직경이 4.5 nm인 황화 카드뮴 입자와 12.5 nm인 입자를 비교했다. 그 결과, 큰 입자는 일반적으로 황화 카드뮴과 동일한 파장의 빛을 흡수하지만 작은 입자는 흡수 영역대가 파란색으로 이동했다. 이 또한, 크기에 따른 양자 효과이며 브루스는 다른 물질을 대상으로 더 조사한 결과, 입자가 작을수록 흡수하는 빛이 더 파랗다는 사실을 알아냈다.

3. Revolution of the production of quantum dots

바웬디는 지속적으로 나노 입자를 생성하기 위한 연구를 진행했고, 노벨상 수상 여부에 큰 영향을 미쳤다. 먼저, nanocrystal을 형성할 물질을 가열하고, 용액을 정확하게 포화시키는 데 필요한 물질 만큼만 주입했다. 그 후 온도를 동적으로 변화시키는 과정을 통해 균일한 표면 제작에 성공했다. 

Moungi Bawendi – MIT Department of Chemistry

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First reactions | Moungi Bawendi, Nobel Prize in Chemistry 2023 | Telephone interview

"I'm supposed to teach at 9 this morning," 

Moungi Bawendi's Most cited research Top 3

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Profile of Louis Brus

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First reactions | Louis Brus, Nobel Prize in Chemistry 2023 | Telephone interview

"This is a collaborative effort,"

Louis E. Brus's Most cited research Top 3

Alexey Yekimov 's Most cited research Top 3

The Nobel Prize in Chemistry 2023

The Nobel Prize in Chemistry 2023 was awarded to Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus and Aleksey Yekimov "for the discovery and synthesis of quantum dots"