TV-Bildschirme, die mit Quantenpunkt-Technologie funktionieren, sind das Beste, was der Markt derzeit zu bieten hat. Mehr und vor allem brillantere Farben fürs Heimkino – ermöglicht haben das die drei in den USA tätigen Forscher Moungi Bawendi, Louis Brus und Alexei Ekimov. Für ihre Entdeckung und Herstellung der dazu notwendigen Quantenpunkte werden sie heute mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.
«In diesem Forschungsfeld haben viele Personen ihre Beiträge geleistet. Wir arbeiten alle zusammen – ich hätte nicht gedacht, dass ich diesen Preis erhalten würde», sagt ein hörbar gerührter Bawendi während der Bekanntgabe am Telefon.
Alexei Eekimov (geboren 1945) stammt aus Russland und ist der eigentliche Entdecker der Quantenpunkte und ihrer Eigenschaften. Er lebt in den USA und arbeitet heute für die Firma Nanocrystals Technology, Inc.
Louis Brus (geboren 1943) wuchs in den USA auf und ist seit 1996 Professor für Physik und Chemie an der Universität von Columbia. Er schaffte es als erster, die grössenabhängigen Quanteneffekte von Nanopartikeln in Flüssigkeit nachzuweisen.
Der Chemiker Moungi Bawendi (geboren 1961) wuchs in Frankreich, Tunesien und in den USA auf und machte sein Postdoktorat bei Louis Brus, mit dem er heute den Nobelpreis teilt. Bawendi schaffte es, die Quantenpunkte in einer solch hohen Qualität zu produzieren, dass sie heute in verschiedensten Anwendungen zum Einsatz kommen können. Seit 1996 ist er Professor am Massachusetts Institute of Technology MIT in Cambridge, Massachusetts.
Auf die Grösse kommt es an
Quantenpunkte – das sind kleine Kristalle aus Halbleitermaterial, die aus wenigen tausend Atomen bestehen und gerade einmal 2 bis 10 Nanometer gross sind – winzig also. Das Spezielle an diesen Nanokristallen: Sie gehorchen nicht mehr den Regeln der normalen Physik. Stattdessen gibt nun die Quantenmechanik die Regeln vor. Und dann passieren sonderbare Dinge:
So kann man die Eigenschaften ein- und desselben Materials ändern, indem man lediglich die Grösse eines Quantenpunktes verändert. Je kleiner der Punkt, desto weniger Raum haben die Elektronen darin und desto mehr Energie strahlen sie aus.
Das Besondere aber: Man kann es sehen. Denn je nachdem, wie viel Energie die Elektronen ausstrahlen, haben sie eine andere Farbe. So leuchten die ganz kleinen Quantenpunkte blau und mit steigender Grösse können sie alle erdenklichen Farben haben, die grössten leuchten rot.
Von der Theorie auf den Bildschirm
In der Theorie wusste man schon lange, dass diese Effekte in Nanopartikeln auftreten könnten. Nur: Wie bekommt man Teile so klein, um das auch zu beweisen?
Hier kommen die Preisträger ins Spiel. 1980 gelingt es Alexei Ekimov erstmals zu zeigen, dass allein die Grösse eines Nanokristalls seine Farbe ändert.
Wenige Jahre später zieht Louis Brus nach – mit Partikeln, die in einer Flüssigkeit schweben. Moungi Bawendi schlussendlich revolutioniert 1993 die Herstellung der Quantenpunkte. Dank eines chemischen Verfahrens können nun fast perfekte Quantenpunkte mit einheitlicher Qualität hergestellt werden. Das eröffnet ganz neue Möglichkeiten.
«Wir haben es nicht sofort verstanden. Es war ein Prozess, den die Forschergemeinschaft in den 1990er-Jahren durchlaufen musste. Erst dann verstanden wir die Bedeutung unserer Entdeckungen», sagt Nobelpreisträger Bawendi der anwesenden Presse.
Zukunftsmusik: Effizientere Solaranlagen
Die Anwendung der Quantenpunkte ist heute schon vielfältig, zum Beispiel in den oben erwähnten QLED-Bildschirmen. Aber auch in der Medizin kann man unter anderem Krebszellen mit Quantenpunkten markieren. Das hilft Chirurgen bei Krebs-Operationen.
Die bedeutendsten Möglichkeiten werden jedoch erst noch erwartet, zum Beispiel in der Photovoltaik. Hier sollen die Quantenpunkte das Licht nicht in allen erdenklichen Farben aussenden, sondern es aus dem Sonnenlicht aufnehmen. In elektrische Energie umgewandelt, erhofft man sich dank ihnen effizientere Solaranlagen.
