Investering i Nobelprismodtagelser – Kvanteprikker & Nanofarver

Nobelprismodens Historie

The Nobelprisen er den mest prestigefyldte pris i den videnskabelige verden. Den blev oprettet i henhold til Alfred Nobels testamente for at give en pris “til dem, der i det foregående år har ydet den største fordel for menneskeheden” inden for fysik, kemi, fysiologi eller medicin, litteratur og fred.

Et sjette pris blev senere oprettet for økonomisk videnskab af Sveriges centralbank, officielt kaldet Prisen i økonomisk videnskab, ofte bedre kendt som Nobelprisen i økonomi.

Beslutningen om, hvem der skal tildeles prisen, ligger hos flere svenske akademiske institutioner.

Arvshensyn

Beslutningen om at oprette Nobelprisen kom til Alfred Nobel, efter han læste sin egen dødsannonce, som følge af en fejl fra en fransk avis, der misforstod nyheden om hans brors død. Med titlen “Dødsenshandlen er død” kritiserede den franske artikel Nobel for hans opfindelse af røgfri sprængstoffer, hvoraf dynamit var den mest berømte.

Hans opfindelser havde stor indflydelse på udformningen af moderne krigsførelse, og Nobel købte en enorm jern- og stålfabrik for at gøre den til en stor våbenproducent. Da han først var kemiker, ingeniør og opfinder, indså Nobel, at han ikke ønskede, at hans arv skulle være en mand, der huskes for at have tjent en formue på krig og andres død.

Nobelprisen

I dag er Nobels formue opbevaret i en fond, der investeres for at generere indtægter til at finansiere Nobelstiftelsen samt den guldbelagte grønne guldmedalje, diplom og den monetære pris på 11 millioner SEK (omkring $1M), som tildeles vinderne.

Kilde: Britannica

Ofte deles Nobelprispengene mellem flere vindere, især inden for videnskabelige felter, hvor det er almindeligt, at 2 eller 3 ledende personer bidrager sammen eller parallelt til en banebrydende opdagelse.

Gennem årene er Nobelprisen blevet DEN videnskabelige pris, der forsøger at finde en balance mellem teoretiske og meget praktiske opdagelser. Den har belønnet resultater, der byggede grundlaget for den moderne verden, såsom radioaktivitet, antibiotika, Røntgenstråler, eller PCR, samt grundlæggende videnskab, som solens energikilde, elektronladning, atomstruktur, eller superfluiditet.

Mikroskopiske Farver

I hverdagen har genstande specifikke farver på grund af deres iboende egenskaber i, hvordan de interagerer med lys. Sollys indeholder et spektrum af farver, og når nogle farver absorberes, giver det os forskellige reflekterede farver.

Kilde: DataColors

Disse mekanismer fungerer ikke på samme måde på nanometerskalaen. Her vil kvanteeffekter, der ændrer måden elektroner er arrangeret omkring et atoms kerne, ændre, hvordan et materiale absorberer lys. Dette ændrer igen dets farve.

Mere præcist stammer det fra anvendelsen af Schrödinger‑ligningen (SDGR ), som forudsiger, hvordan partikler opfører sig på kvanteskalaen, hvor de både er en bølge og en partikel.

I 1937 forudsagde fysikeren Herbert Fröhlich, at på grund af Schrödinger‑ligningen ville nanopartikler opføre sig anderledes end større partikler. Vigtigst var, at når partikler bliver ekstremt små, er der mindre plads til materialets elektroner, så de presses sammen.

Da interaktionen mellem lys og et materiales elektroner bestemmer dets farve, forudsagde dette, at kvanteeffekter kunne ændre nanopartiklers farve afhængigt af deres størrelse (og dermed hvor ‘pressede’ deres elektroner er).

Overgangen fra teorier i 1930’erne til praksis tog tid og blev først virkelig realiseret i 1980’erne og 1990’erne, med tre forskellige videnskabsfolk, der gradvist gjorde det muligt.

I 2023 modtog de samlet Nobelprisen i kemi for deres arbejde, der førte til opdagelsen af såkaldte “kvanteprikker”.

Kilde: Nobel Prize

I dag bruges kvanteprikker i medicin, skærme og QLED-produktion og udgør et marked på 4 milliarder dollars i 2021.

De kan blive afgørende i mange flere anvendelser, fra kræftdetektion med infrarøde kvanteprikker, til oprettelse af panchromatiske solsystemer eller nye muligheder i elektronisk produktion med nanofotonik.

Fra Antikt Glas til Kvantefysik

I den moderne æra genopdagede forskere noget, glasmagere havde kendt siden antikken: det er muligt at skabe et farvet glas i forskellige farver ved at tilsætte urenheder i glasset som sølv, guld og cadmium.

Mere fascinerende er, at det samme tilsatte element kan generere forskellige farver afhængigt af, hvordan glasset blev opvarmet og afkølet.

Aleksey Yekimov, den første vinder af denne Nobelpris, begyndte at analysere farvet glas med et lysanalyseværktøj, der bruges i halvlederindustrien. Ved hjælp af røntgen fandt han, at glas farvet med kobberchlorid, produceret med forskellige opvarmningstider, havde varierende kobberpartikelstørrelser fra 2 nm til 30 nm.

Et fascinerende fænomen var, at mens store kobberpartikler opførte sig ‘normalt’, jo mindre partiklerne var, desto blødere (blåere) var lyset, de absorberede.

Kilde: Nobel Prize

Dette var ikke første gang, et størrelsesafhængigt kvanteeffekt blev observeret, men det var første gang, det blev fremstillet med en relativt simpel produktionsproces i stedet for ekstreme betingelser som ultrahøj vakuum og temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt.

Yekimov ville offentliggøre sine resultater i et sovjetisk videnskabeligt tidsskrift, og hans opdagelse nåede ikke de vestlige blokforskere før Sovjetunionens sammenbrud. Således lavede vestlige forskere parallelt også opdagelser, der førte til opfindelsen af kvanteprikker.

Suspenderede Kvanteprikpartikler

Ved Bell Labs i USA, et inkubator for mindst 10 Nobelpriser, studerede Louis Brus hvordan man bruger solenergi til at producere kemiske reaktioner. Han brugte cadmium sulfide-partikler i en opløsning og producerede så små partikler som muligt for at maksimere reaktionsoverfladen.

Han bemærkede, at lysabsorptionen af disse partikler ændrede sig over tid. Efter undersøgelse opdagede han, at de voksede over tid ved at samle mindre partikler, fra 4,5 nm til 12,5 nm.

Den større partikel absorberede lys på den måde, man ville forvente af cadmium sulfide. Men mindre partikler havde en absorption, der skiftede mod blå.

Kilde: Nobel Prize

Partiklerne i en kolloidal suspension i en væske, som Louis Brus brugte, var potentielt meget mere nyttige end dem, der var låst i glas fra Yekimov, da de kunne være lettere at masseproducere og forfine.

Produktionsmetoden viste sig dog at være meget inkonsekvent. Ikke kun var partiklernes endelige størrelser næsten uforudsigelige, men opløsningerne indeholdt en blanding af flere størrelser.

Langt fra at være et rent produkt, der kunne bruges i andre teknologier og i industriel skala, var det stadig mest en videnskabelig nysgerrighed.

Masseproduktion af Kvanteprikker

Moungi Bawendi var postdoktorand på Louis Brus’ laboratorium i 1988. Der eksperimenterede han med alle mulige variable for at skabe konsistente kvanteprikker, testede effekterne af forskellige opløsningsmidler, temperaturer og teknikker. Dette førte til noget fremskridt, men var stadig ikke nok til et konsistent og reproducerbart resultat.

Senere, mens han arbejdede på MIT, fandt han endelig en opskrift, der virkede:

• De injicerede opløsningsmidlet med præcis så meget af stofferne, som var nødvendigt for præcist at mætte opløsningen.
  • Dette førte til, at små krystal-“embryoner” dannedes samtidigt.
  • Den koldere injektion gjorde det muligt straks at stoppe krystalvæksten.
• Derefter hævede de gradvist temperaturen, så der kunne dannes gradvist større krystaller.
  • Dette trin gjorde, at opløsningsmidlet gav krystallerne en glat og ensartet overflade, hvilket forbedrede de resulterende optiske egenskaber.

Kilde: Nobel Prize

Denne metode resulterede i en næsten perfekt kvanteprikkrystal. Endnu vigtigere var, at den var nem at bruge, så flere kemikere kunne begynde at producere kvanteprikker og undersøge potentielle anvendelser.

En Revolutionerende Ny Tilstand af Materie

Det, der gør kvanteprikker så imponerende, er, at de fuldstændigt ændrede, hvordan vi kan bruge det periodiske system.

I Mendeleevs periodiske tabel klassificeres grundstofferne efter deres atommasse og kemiske egenskaber. Disse egenskaber styres primært af elektronskyernes opførsel omkring hvert atoms kerne.

Kilde: Britannica

Ved at ændre den måde, et elements elektroner opfører sig på, gav kvanteprikker i bund og grund en helt ny dimension til det periodiske system. Så opdagelsen og masseproduktionen af kvanteprikker svarer til opdagelsen af helt nye materialer med nye elektriske og kemiske egenskaber.

Dette er en smule mindeværdig for andre materialer med unikke egenskaber, som nanotubes eller de voksende samlinger af potentielt civilisationændrende 2D-materialer som grafen, borofen og goldene.

Kilde: Ossila

Anvendelser af Kvanteprikker

QLED

En af de største nuværende anvendelser af kvanteprikker er QLED-teknologi (Quantum dot LED).

I den ændrer kvanteprikker blåt lys til rødt eller grønt, hvilket muliggør skærme med levende farver ved kun at bruge én lyskilde (det blå lys udsendes af blålys-LED, en opdagelse belønnet med en Nobelpris i 2014, som vi tidligere har dækket).

Kvanteprikker bruges også til at forbedre lyset fra LED’er ved at gøre det kolde lys til en mere behagelig farve.

Optisk Signal

Mens de fleste kvanteprikker i dag bruger den opløsningsbaserede løsning fra Brus & Bawendi, anvendes indlejrede krystaller opdaget af Yekimov stadig, for eksempel til signalforstærkning i fiberoptiske kommunikationssystemer.

Kvanteprikker produceret ved en anden metode blev opdaget senere (Stranski‑Krastanov vækstmetode) og bruges for eksempel i kvantepriklasere til optisk kommunikation.

Biokemi

På grund af deres meget unikke og karakteristiske farver kan kvanteprikker bruges som markører til at spore ting på mikroskopisk niveau.

En sådan anvendelse er, at biokemikere kan fastgøre kvanteprikker til biomolekyler som vira, DNA eller proteiner, så de kan spore deres bevægelse og ophobning med et enkelt fluorescensmikroskop.

Kilde: Sigma Aldrich

Medicinsk

På grund af deres billeddannelsesevne kan kvanteprikker bruges til at spore tumorvæv i kroppen ved at binde kvanteprikker til molekyler, der kun binder til kræftceller.

Kilde: Degruyter

Et fremvoksende medicinsk område, der bruger kvanteprikker og deres evne til at ‘spotte’ kræft, er fototerapi. I den bruger læger kvanteprikker til at absorbere lys og producere enten varme eller reaktive kemikalier, der forårsager døden af omkringliggende tumorceller.

Dog kræves mere forskning for rutinemæssigt at bruge kvanteprikker i medicin, da de kan forårsage uønskede bivirkninger, såsom at beskadige sunde celler, nedbrydes eller samle sig i kroppen, og blive dårligt udskilt af nyrerne.

Kemi Katalysatorer

Opdagelsen af kvanteprikker startede med Louis Brus’ søgen efter bedre katalysatorer, forbindelser der kan fremskynde eller muliggøre ellers langsomme kemiske reaktioner.

Og det kan stadig være en nøgleanvendelse af kvanteprikker, takket være deres evne til at absorbere lys for at drive kemiske reaktioner, der ellers ikke ville ske.

Kilde: ACS

Dette kunne bruges til at spalte vand i hydrogen, til at reducere CO2 til kulbrinteforbindelser, og til at fremme andre kemiske reaktioner.

Kulstofnanorør, fuleren og grafen er kulstof‑kvanteprikker, der ofte bruges som fotokatalysatorer på grund af deres avancerede egenskaber som vandopløselighed, justerbar fotoluminescens, lav biologisk toksicitet og let overfladefunktionalisering.

Kvanteprikker: katalyseanvendelser

Energi

Da kvanteprikker i sidste ende er et halvledermateriale med variable båndgab afhængigt af deres størrelse, har de et stort potentiale for anvendelse i fremstilling af bedre solceller.

Kilde: Degruyter

Den største fordel, kvanteprikker kan give solceller, er, at de kan udvide solspektrummet, der kan omdannes til energi (siliciumsolceller konverterer kun de højeste energifotoner til strøm og ‘mister’ 70‑75 % af solens energi).

Således, mens konventionelle solceller sandsynligvis vil nå en maksimal konverteringseffektivitet på 30‑35 %, har kvantepriksolceller et teoretisk maksimum på 66 % effektivitet (se nedenfor om QD Solar).

Kvantemaskiner

I kapløbet om at skabe større og større kvantemaskiner (som vi undersøgte i “Den aktuelle tilstand af kvantecomputing“) kan kvanteprikker være et værdifuldt værktøj.

De kan bruges som den grundlæggende komponent i computeren, Qubit’en. Eller de kan danne dele af systemet, der lokaliserer og detekterer enkeltspins, samt som en god kilde til enkeltfotoner.

Da produktionen af kvanteprikker nu er velkendt og relativt billig, kan design, der bygger på dem, hjælpe med at bringe kvantemaskiner til masseproduktionsskala og sænke deres pris.

Investering i Kvanteprikker & Nanotek

QLED er i øjeblikket det største marked for kvanteprikker, med den gigantiske koreanske konglomerat Samsung (dens afdeling Samsung Electronics – SSNLF) som markedsleder.

Dog udgør kvanteprikkerne selv en relativt lille del af den samlede forretning, da virksomheden også er aktiv inden for alle slags halvledere (hukommelse, chips, sensorer, 5G osv.). Derfor er kvanteprikker ikke virkelig kernen i forretningen.

Du kan investere i kvanteprikker & nanotek‑virksomheder gennem mange mæglere, og du kan finde her, på securities.io, vores anbefalinger til de bedste mæglere i USA, Canada, Australien, UK, og mange andre lande.

Hvis du ikke er interesseret i at vælge kvanteprikker & nanotek‑virksomheder, kan du også kigge på nanoteknologi‑ETF’er som ProShares Nanotechnology ETF (TINY) eller Direxion Nanotechnology ETF (TYNE) som giver en mere diversificeret eksponering til at kapitalisere på kvanteprikker & nanotek‑aktier.

Eller kan du se vores liste over “Top 10 Nanoteknologiske Aktier”.

Kvanteprikker & Nanotek Virksomheder

1. Nanoco Group (NANO.l)

Noteret på London Stock Exchange under NANO-tickeren, specialiserer Nanoco sig i udvikling og fremstilling af kvanteprikker og andre nanomaterialer.

Virksomheden er en pioner inden for cadmiumfri kvanteprikker, med 375 patenter og et licenspartnerskab med Samsung. Dette afsluttede en to‑årig retssag med Samsung fra 2021‑2023 om IP‑rettigheder, som i sidste ende resulterede i, at Nanoco modtog $90 M fra Samsung.

Således kan den give en måde at investere i kvanteprikker, der ligner Samsung, men med et stærkere fokus på denne teknologi i særdeleshed.

Mens virksomheden primært fokuserer på LED‑applikationer (OLED, μLEDs, QD‑EL), undersøger den også nye markeder, som for eksempel sikkerhedsmærkning af pengesedler.

Kilde: Nanoco

Et andet område, virksomheden investerer i, er infrarøde kvanteprikker, med Heatwave. Det bør muliggøre meget præcise infrarøde sensorer. Blandt de mulige anvendelser er:

• Biometrisk ansigtsgenkendelse.
• Optisk diagnostik (måling af O2‑niveauer, bilirubin og glukose).
• LIDAR
• Nattsyn.

Virksomheden er kun begyndt at kommercialisere sin teknologi med to kommercielle produktionsordrer i 2024.

Den cadmiumfri teknologi i Nanoco‑kvanteprikker kan give en meget solid anvendelse inden for medicin og biotek, som normalt er mindre imødekommende over for kvanteprikker baseret på tungmetaller.

2. QD Solar / SunDensity Canada

QD Solar, en udvikler af kvantepriksolpaneler og en leder inden for denne teknologi, blev for nylig købt af SunDensity Canada, en producent af solpaneler.

Denne overtagelse kan være en game‑changer inden for solteknologi.

På den ene side tillader QD‑solteknologi højere effektivitet ved brug af kvanteprikker. Dette gør, at panelet kan udnytte infrarød bølgelængde til at producere elektricitet, med perovskit brugt til at absorbere de højenergi‑fotoner i det synlige spektrum.

Kilde: QD Solar

På den anden side bruger SunDensity-teknologi specielle nano‑belægninger til at beskytte solpaneler mod UV‑induceret nedbrydning, i stedet for at omdanne UV‑lys til mere elektricitet.

QD Solars “aktive tilgang” opnås gennem tilsætning af et perovskitlag i tandem med en silicium‑PV‑celle. SunDensity’s “passive tilgang” involverer belægninger, der effektivt skifter energien fra indkommende sollys til et mere anvendeligt område for solpanelerne at absorbere.

Teknologierne er komplementære med potentiale til at opnå mere end 40 % modul‑effektivitet, når de kombineres.

Yahoo Finance

Så kombinationen af at bruge perovskit (højt energiske synlige fotoner), nano‑belægninger (UV‑lys) og kvanteprikker (infrarøde fotoner) i det samme solpanel kan give den maksimale effektivitet, der er mulig for et solpanel.

Kilde: QD Solar

Udsigten til kommende solpaneler med 40 % effektivitet og endnu mere senere kan være en game‑changer for branchen.

Høj‑effektivitet og mere holdbare solpaneler kan især være værdifulde for krævende anvendelser som rumbaseret solenergi.