Quantenpunkt-Forscher erhalten Nobelpreis für Chemie

Der Nobelpreis der Chemie ist eine der renommiertesten Auszeichnungen in der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Jedes Jahr wird er an herausragende Forscher verliehen, die bedeutende Beiträge zur chemischen Forschung geleistet haben. Im Jahr 2023 wurde der Nobelpreis der Chemie für die Entdeckung und Erforschung von Quantenpunkten an die Wissenschaftler Moungi Bawendi, Louis Brus und Alexei Ekimov vergeben.

Quantenpunkte sind winzige Halbleiterkristalle, die aufgrund ihrer Größe und Struktur besondere Eigenschaften aufweisen. Eine dieser bemerkenswerten Eigenschaften ist ihre Fähigkeit, Licht in verschiedenen Farben zu emittieren oder zu absorbieren. Sie sind nur wenige Nanometer groß und bestehen aus Materialien wie Cadmiumselenid oder Indiumphosphid.

Die Farbe eines Stoffes wird durch das Spektrum des Lichts bestimmt, das er absorbiert oder emittiert. In herkömmlichen Stoffen hängt die Farbe von den elektronischen Übergängen ab, die durch die Energieunterschiede zwischen den Elektronenzuständen verursacht werden. Bei Quantenpunkten hingegen treten aufgrund ihrer geringen Größe quantenmechanische Effekte auf. Sie weisen eine sogenannte Bandlücke auf, die die Energiedifferenz zwischen den Valenz- und Leitungsbandzuständen darstellt. Durch Variation der Größe und Zusammensetzung der Quantenpunkte kann diese Bandlücke gezielt eingestellt werden. In der Welt der Farbe werden Quantenpunkte daher auch als Farbkonverter eingesetzt. Das bedeutet, dass sie Licht einer bestimmten Wellenlänge absorbieren und in eine andere Wellenlänge umwandeln. Dadurch können sie das Spektrum des Lichts verändern und neue Farben erzeugen.

Die  Größe eines Nanopartikels verändert die physikalisch/chemischen Eigenschaften der Stoffe, so zum Beispiel auch die Farbe. In der Wissenschaft nennt man das Phänomen „größenabhängiger Quanteneffekt“. Was Alexei Ekimov wohl zufällig entdeckt hatte: die Größe der Partikel in der Farbstofflösung bestimmte die Farbe. 

Eine typische Anwendung ist die Verbesserung von Displays. Durch den Einsatz von Quantenpunkt-Technologie können Displays mit einer größeren Farbpalette und einem breiteren Farbspektrum hergestellt werden. Im Gegensatz zu OLED-Displays die aus organischen Materialien bestehen, die Licht emittieren, wenn sie elektrisch angeregt werden, verwenden QLED-Displays Quantenpunkte, um Licht zu erzeugen. Diese winzigen Nanokristalle haben einzigartige optische Eigenschaften und können das Lichtspektrum präzise kontrollieren. Durch die Kombination von Quantenpunkten mit einer Hintergrundbeleuchtung entsteht ein breiteres Farbspektrum und eine verbesserte Helligkeit im Vergleich zu herkömmlichen LCD-Displays.

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