– Kvanteprikker kan lages på ulike måter og i ulike materialer, men består gjerne i å lykkes med å fange elektroner på et bitte lite område, forklarer professor i fysikk ved Universitetet i Oslo, Susanne Viefers. Vi sier at verden er i tre dimensjoner. Et ark som er flatt, er todimensjonalt. En strek éndimensjonal, og en kvanteprikk er på en måte nulldimensjonal. En kvanteprikk er som et punkt, eller en liten skål, som du har fanget elektronene i, forklarer hun. Kvanteprikker oppfører seg på lignende vis som atomer, ved at elektronene kan befinne seg i visse «energibaner», og de blir derfor også ofte omtalt som «kunstige atomer».
Allerede i 1937 forutså fysikeren Herbert Fröhlich at nanopartikler har andre egenskaper enn større biter av samme materiale. Det skyldes at når noe blir tilstrekkelig lite, får ikke elektronene plass til å bevege seg. Når det blir så få dimensjoner at vi er nede i null, er de i praksis fanget. Ved å kontrollere dimensjonene kan forskere gi materialene helt andre egenskaper enn når elektronene kan bevege seg fritt.
Eksempelvis er gull et metall som vanligvis leder strøm og som er gyllent. Når forskerne lager nanopartikler, for eksempel av gull, løst i væske kan det få helt andre farger og egenskaper. Gullnanopartikler i glass kan for eksempel være røde eller sorte.
Nobelprisen i kjemi i 2023 ble gitt til tre forskere som har klart å lage slike nanopartikler hvor elektronene er fanget i ulike materialer. De tre prisvinnerne klarte å lage metoder som gjorde det mulig å kontrollere størrelsen på partiklene. Størrelsen avgjør hva slags egenskaper partikkelen har. Prisen deles mellom Moungi Bawendi, Louis Brus og Alexei Ekimov.
Liknende egenskaper kan oppnås på andre måter
– Liknende typer egenskaper kan oppnås på andre vis, forklarer fysikeren Marianne Etzelmüller Bathen.
Hun forklarer at fysikere som jobber med kvanteprikker bruker begrepet om alle slags punkter man kan fange og kontrollere elektroner i. Selv bruker hun en slags omvendt partikkel – det vil si at hun lager materialer med små «feil» der elektronene blir fanget, for eksempel et manglende atom i en krystall, fremfor at elektronene er fanget i nanopartikler.
– I dag brukes denne kunnskapen blant annet til å lage LED-teknologi og solceller. Neste steg kan være å bruke kvanteprikker til kvanteberegninger og kvantekommunikasjon, men dette er på forskningsstadiet og det er ikke storskala bruk av dette ennå, sier Etzelmüller Bathen.
