Berinvestasi dalam Pencapaian Hadiah Nobel – Quantum Dots & Nanocolors

Sejarah Hadiah Nobel

The Nobel Prize is the most prestigious award in the scientific world. It was created according to wasiat Bapak Alfred Nobel to give a prize “to those who, during the preceding year, have conferred the greatest benefit to humankind” in physics, chemistry, physiology or medicine, literature, and peace.

Hadiah Nobel adalah penghargaan paling bergengsi di dunia ilmiah. Hadiah ini dibuat sesuai wasiat Bapak Alfred Nobel untuk memberikan penghargaan “kepada mereka yang, selama tahun sebelumnya, telah memberikan manfaat terbesar bagi umat manusia” dalam bidang fisika, kimia, fisiologi atau kedokteran, sastra, dan perdamaian.

Hadiah keenam kemudian dibuat untuk ilmu ekonomi oleh bank sentral Swedia, secara resmi disebut Hadiah dalam Ilmu Ekonomi, yang sering lebih dikenal sebagai Hadiah Nobel dalam Ekonomi.

The decision of who to attribute the prize to belongs to multiple Swedish academic institutions.

Kekhawatiran Warisan

The decision to create the Nobel Prize came to Alfred Nobel after he read his own obituary, following a mistake by a French newspaper that misunderstood the news of his brother’s death. Titled “The Merchant of Death Is Dead”, the French article hammered Nobel for his invention of smokeless explosives, of which dynamite was the most famous one.

His inventions were very influential in shaping modern warfare, and Nobel purchased a massive iron and steel mill to turn it into a major armaments manufacturer. As he was first a chemist, engineer, and inventor, Nobel realized that he did not want his legacy to be one of a man remembered to have made a fortune over war and the death of others.

Hadiah Nobel

These days, Nobel’s Fortune is stored in a fund invested to generate income to finance the Nobel Foundation and the gold-plated green gold medal, diploma, and monetary award of 11 million SEK (around $1M) attributed to the winners.

Sumber: Britannica

Seringkali, uang Hadiah Nobel dibagi antara beberapa pemenang, terutama di bidang ilmiah di mana umum bagi 2 atau 3 tokoh terkemuka untuk berkontribusi bersama atau secara paralel pada penemuan revolusioner.

Selama bertahun-tahun, Hadiah Nobel telah menjadi HADIAH ilmiah, berusaha menyeimbangkan antara penemuan teoretis dan sangat praktis. Hadiah ini telah menghargai pencapaian yang membangun fondasi dunia modern, seperti radioaktivitas, antibiotik, sinar-X, atau PCR, serta ilmu dasar, seperti sumber energi matahari, muatan elektron, struktur atom, atau superfluiditas.

Warna Mikroskopik

In everyday life, items have specific colors due to their intrinsic properties in how they interact with light. Sunlight contains a spectrum of colors, and when some colors are absorbed, this gives us different reflected colors.

Sumber: DataColors

Mekanisme ini tidak bekerja sama pada skala nanometer. Di sini, efek kuantum yang mengubah cara elektron tersusun di sekitar inti atom akan mengubah cara material menyerap cahaya. Pada gilirannya, hal ini mengubah warnanya.

Lebih tepatnya, hal ini berasal dari penerapan persamaan Schrödinger (SDGR ), yang memprediksi bagaimana partikel berperilaku pada skala kuantum, di mana mereka sekaligus berupa gelombang dan partikel.

Pada tahun 1937, fisikawan Herbert Fröhlich memprediksi bahwa karena persamaan Schrödinger, nanopartikel akan berperilaku berbeda dari yang lebih besar. Yang paling penting, ketika partikel menjadi sangat kecil, ruang untuk elektron material berkurang, sehingga mereka tertekan bersama.

Karena interaksi cahaya dengan elektron material menentukan warnanya, prediksi ini menyatakan bahwa efek kuantum dapat mengubah warna nanopartikel tergantung pada ukuran mereka (dan, oleh karena itu, seberapa “tertekan” elektron mereka).

Berpindah dari teori pada tahun 1930-an ke praktik memerlukan waktu dan baru benar-benar tercapai pada tahun 1980-an dan 1990-an, dengan tiga ilmuwan berbeda secara bertahap mewujudkannya.

Pada tahun 2023, mereka secara kolektif menerima Hadiah Nobel dalam Kimia atas pekerjaan mereka yang mengarah pada penemuan yang disebut “quantum dots”.

Sumber: Nobel Prize

Saat ini, quantum dot digunakan dalam kedokteran, layar, dan produksi QLED, mewakili pasar senilai $4 miliar pada tahun 2021.

Mereka mungkin menjadi penting dalam banyak aplikasi lainnya, dari deteksi kanker dengan quantum dot inframerah, hingga menciptakan sistem surya panchromatik atau membuka opsi baru dalam manufaktur elektronik dengan nanofotonik.

Dari Kaca Kuno ke Fisika Kuantum

In the modern era, scientists rediscovered something glass makers had known since Antiquity: it is possible to create a colored glass of varying colors by adding impurities in the glass like silver, gold, and cadmium.

Lebih menarik lagi, elemen tambahan yang sama dapat menghasilkan warna berbeda tergantung pada cara kaca dipanaskan dan didinginkan.

Aleksey Yekimov, penerima pertama Hadiah Nobel ini, mulai menganalisis kaca berwarna dengan alat analisis cahaya yang digunakan industri semikonduktor. Menggunakan sinar-X, ia menemukan bahwa kaca yang diwarnai dengan tembaga klorida yang diproduksi dengan waktu pemanasan berbeda menghasilkan ukuran partikel tembaga yang bervariasi, dari 2nm hingga 30nm.

Fenomena menariknya adalah bahwa sementara partikel tembaga besar berperilaku “normal”, semakin kecil partikel, semakin biru cahaya yang mereka serap.

Sumber: Nobel Prize

Ini bukan kali pertama efek kuantum yang bergantung pada ukuran ini diamati, tetapi ini adalah kali pertama diproduksi dengan proses manufaktur yang relatif sederhana, bukan dengan kondisi ekstrem seperti vakum ultra-tinggi dan suhu mendekati nol mutlak.

Yekimov mempublikasikan hasilnya dalam jurnal ilmiah Soviet, dan penemuannya tidak sampai ke ilmuwan blok Barat hingga runtuhnya Uni Soviet. Jadi, secara paralel, ilmuwan Barat juga membuat penemuan yang akan mengarah pada penemuan quantum dot.

Partikel Quantum Dot Tersuspensi

Di Bell Labs di AS, inkubator setidaknya 10 Hadiah Nobel, Louis Brus mempelajari how to use solar energy to produce chemical reactions. He used cadmium sulfide particles in a solution and produced as small as possible particles to maximize the reaction surface.

Apa yang ia perhatikan adalah bahwa penyerapan cahaya oleh partikel-partikel ini berubah seiring waktu. Setelah penyelidikan, ia menemukan bahwa mereka tumbuh seiring waktu dengan mengagregasi partikel-partikel kecil, berpindah dari 4,5 nm ke 12,5 nm.

Partikel yang lebih besar menyerap cahaya seperti yang diharapkan dari kadmium sulfida. Namun partikel yang lebih kecil memiliki penyerapan yang bergeser ke arah biru.

Sumber: Nobel Prize

Partikel dalam suspensi koloidal dalam cairan yang digunakan oleh Louis Brus berpotensi jauh lebih berguna dibandingkan yang terkunci dalam kaca dari Yekimov, karena mereka dapat diproduksi massal dan diproses lebih mudah.

Namun, metode produksi terbukti sangat tidak konsisten. Tidak hanya ukuran akhir partikel hampir tidak dapat diprediksi, tetapi larutan mengandung campuran berbagai ukuran.

Jauh dari menjadi produk murni yang dapat digunakan dalam teknologi lain dan pada skala industri, hal ini masih kebanyakan menjadi rasa ingin tahu ilmiah.

Produksi Massal Quantum Dot

Moungi Bawendi was a post-doctoral student at  Louis Brus’ laboratory in 1988. There, he experimented with all possible variables to create consistent quantum dots, testing the effects of different solvents, temperatures, and techniques. This made some progress but was still not enough for a consistent and replicable result.

Later, while working at MIT, he finally found a recipe that worked:

• Mereka menyuntikkan pelarut dengan tepat sebanyak zat yang diperlukan untuk secara tepat jenuhkan larutan.
  • Ini menghasilkan “embrio” kristal kecil yang terbentuk secara bersamaan.
  • Penyuntikan yang lebih dingin memungkinkan menghentikan pembentukan kristal secara langsung.
• Kemudian mereka secara bertahap menaikkan suhu, memungkinkan kristal yang semakin besar terbentuk.
  • Langkah ini memungkinkan pelarut memberikan kristal permukaan yang halus dan merata, meningkatkan sifat optik yang dihasilkan.

Sumber: Nobel Prize

Metode ini menghasilkan kristal quantum dot yang hampir sempurna. Lebih penting lagi, metode ini mudah digunakan, sehingga lebih banyak ahli kimia dapat mulai memproduksi quantum dot dan menyelidiki aplikasi potensial.

Keadaan Materi Baru yang Revolusioner

What made quantum dots so impressive is that they completely changed how we can use the periodic table of elements.

Dalam tabel periodik Mendeleev, unsur diklasifikasikan berdasarkan massa atom dan sifat kimianya. Sifat-sifat ini sebagian besar dipengaruhi oleh perilaku awan elektron di sekitar inti masing-masing atom.

Sumber: Britannica

Dengan memodifikasi cara elektron suatu unsur berperilaku, quantum dot pada dasarnya memberikan dimensi baru pada tabel periodik unsur. Jadi penemuan dan produksi massal quantum dot serupa dengan penemuan material baru sepenuhnya, dengan sifat listrik dan kimia baru.

Ini sedikit mengingatkan pada material lain dengan sifat unik, seperti nanotube atau deretan material 2D yang berpotensi mengubah peradaban seperti graphene, borophene, dan goldene.

Sumber: Ossila

Aplikasi Quantum Dot

QLED

One of the largest current applications of quantum dots is QLED technology (Quantum dot LED).

Di dalamnya, quantum dot mengubah cahaya biru menjadi merah atau hijau, memungkinkan pembuatan layar dengan warna hidup menggunakan hanya satu sumber cahaya (cahaya biru dipancarkan oleh LED cahaya biru, penemuan yang dianugerahi Hadiah Nobel pada 2014, yang sebelumnya kami bahas).

Quantum dots also used to improve the light from LEDs by making the colder light into a more pleasant color.

Sinyal Optik

While most quantum dots today are using the solvent-based solution from Brus & Bawendi, embedded crystals discovered by Yekimov are still used, for example for signal amplification in fiber-optic communication systems.

Quantum dots produced by another method were discovered later (metode pertumbuhan Stranski-Krastanov) and are, for example, used in quantum dot lasers for optical communication.

Biokimia

Due to their very unique and distinctive colors, quantum dots can be used as markers to track down things at the microscopic level.

Salah satu aplikasi tersebut adalah bagi ahli biokimia untuk menempelkan quantum dot pada biomolekul seperti virus, DNA, atau protein, memungkinkan mereka melacak pergerakan dan akumulasi dengan mikroskop fluoresensi sederhana.

Sumber: Sigma Aldrich

Kedokteran

Because of their imaging potential, quantum dots can be used to track tumor tissue in the body by tying the quantum dots to molecules binding to cancer cells only.

Sumber: Degruyter

Bidang kedokteran yang sedang berkembang menggunakan quantum dot dan kemampuan mereka untuk “menandai” kanker adalah fototerapi. Dalamnya, dokter menggunakan quantum dot untuk menyerap cahaya dan menghasilkan panas atau bahan kimia reaktif yang menyebabkan kematian sel tumor di sekitarnya.

Namun, diperlukan lebih banyak penelitian untuk secara rutin menggunakan quantum dot dalam kedokteran, karena mereka dapat menyebabkan efek samping yang tidak diinginkan, seperti merusak sel sehat, terdegradasi atau mengagregasi dalam tubuh, dan sulit dieliminasi oleh ginjal.

Katalis Kimia

The discovery of quantum dots started with the search by Louis Brus for better catalysts, compounds that can speed up or make possible otherwise slow chemical reactions.

Dan hal ini mungkin masih menjadi salah satu aplikasi kunci quantum dot, berkat kemampuan mereka menyerap cahaya untuk menggerakkan reaksi kimia yang tidak akan terjadi sebaliknya.

Sumber: ACS

This could be used untuk memecah air menjadi hidrogen, mengurangi CO2 menjadi senyawa hidrokarbon, and boost reaksi kimia lainnya.

Carbon nanotubes, fullerene, dan graphene adalah carbon quantum dot yang sering digunakan sebagai fotokatalis karena sifat canggih mereka seperti kelarutan dalam air, fotoluminesensi yang dapat disesuaikan, toksisitas biologis rendah, dan kemudahan fungsionalisasi permukaan.

Quantum dot: aplikasi katalisis

Energi

Because quantum dots are ultimately a semiconductor material, with variable band gaps depending on their size, they have a strong potential for application in creating better solar cells.

Sumber: Degruyter

Keuntungan utama yang dibawa quantum dot ke sel surya adalah mereka dapat memperluas spektrum matahari yang dapat diubah menjadi energi (sel surya silikon hanya mengubah menjadi listrik foton dengan energi tertinggi, “kehilangan” 70-75% energi Matahari).

Jadi, sementara sel surya konvensional kemungkinan akan mencapai efisiensi konversi maksimum 30-35%, sel surya berbasis quantum dot memiliki batas teoritis 66% efisiensi (lihat di bawah tentang QD Solar).

Komputer Kuantum

In the race to create a bigger and larger quantum computers (which we investigated in “Keadaan Saat Ini Komputasi Kuantum“), quantum dots might be a valuable tool.

Mereka dapat digunakan sebagai komponen dasar komputer, Qubit. Atau mereka dapat menjadi bagian dari sistem yang digunakan untuk melokalisasi dan mendeteksi spin tunggal, serta menjadi sumber foton tunggal yang baik.

Karena produksi quantum dot kini dipahami dengan baik dan relatif murah, desain yang mengandalkannya dapat membantu membawa komputer kuantum ke skala produksi massal dan menurunkan harga mereka.

Berinvestasi dalam Quantum Dot & Nanotek

QLED is currently the largest market for quantum dots, with the giant Korean conglomerate Samsung (its branch Samsung Electronics – SSNLF) the leader of the market.

Namun, quantum dot sendiri merupakan bagian yang relatif kecil dari keseluruhan bisnis, dengan perusahaan juga aktif dalam berbagai semikonduktor (memori, chip, sensor, 5G, dll.). Oleh karena itu, quantum dot sebenarnya bukan inti bisnis.

Anda dapat berinvestasi di perusahaan quantum dot & nanotek melalui banyak broker, dan Anda dapat menemukan di sini, pada securities.io, rekomendasi kami untuk broker terbaik di AS, Kanada, Australia, Inggris, serta banyak negara lainnya.

Jika Anda tidak tertarik memilih perusahaan quantum dot & nanotek, Anda juga dapat melihat ETF nanoteknologi seperti ProShares Nanotechnology ETF (TINY) atau Direxion Nanotechnology ETF (TYNE) yang akan memberikan eksposur yang lebih terdiversifikasi untuk memanfaatkan saham quantum dot & nanotek.

Atau Anda dapat melihat daftar kami tentang “10 Saham Nanotek Teratas”.

Perusahaan Quantum Dot & Nanotek

1. Nanoco Group (NANO.l)

Listed on the London Stock Exchange under the NANO ticker, Nanoco specializes in the development and manufacture of quantum dots and other nanomaterials.

Terdaftar di London Stock Exchange dengan ticker NANO, Nanoco mengkhususkan diri dalam pengembangan dan manufaktur quantum dot serta nanomaterial lainnya.

The company is a pioneer in cadmium-free quantum dots, with 375 patents and a license partnership with Samsung. This closed a 2-year litigation with Samsung from 2021-2023 over IP rights, which ultimately resulted in Nanoco receiving $90M from Samsung.

Jadi ini dapat menyediakan cara berinvestasi di quantum dot yang mirip dengan Samsung, namun dengan fokus yang lebih kuat pada teknologi ini secara khusus.

While the company is mostly focused on LED applications (OLED, μLEDs, QD-EL), it is also investigating new markets, like, for example, security tagging for bills.

Sumber: Nanoco

Another sector the company is investing in is infrared quantum dots, with Heatwave. It should allow for very precise Infrared sensors. Among the possible applications are:

• Pengenalan wajah biometrik.
• Diagnostik optik (pengukuran kadar O2, bilirubin, dan glukosa).
• LIDAR
• Penglihatan malam.

The company is only starting to commercialize its technology with two commercial production orders in 2024.

The cadmium-free technology of Nanoco quantum dots could make a very solid application for medical and biotech applications, which are usually less welcoming of heavy metal-based quantum dots.

2. QD Solar / SunDensity Canada

QD Solar, a developer of quantum dots solar panels and a leader in this technology, was recently bought by SunDensity Canada, a solar panel producer.

Akuisisi ini mungkin menjadi pengubah permainan dalam teknologi surya.

Di satu sisi, teknologi QD solar memungkinkan efisiensi lebih tinggi melalui penggunaan quantum dot. Ini memungkinkan panel memanfaatkan panjang gelombang inframerah untuk menghasilkan listrik, dengan perovskit digunakan untuk menyerap foton berenergi tinggi dari spektrum tampak.

Sumber: QD Solar

Di sisi lain, teknologi SunDensity menggunakan nano-coating khusus untuk melindungi panel surya dari degradasi yang disebabkan UV, alih-alih mengubah cahaya UV menjadi lebih banyak listrik.

Pendekatan “aktif” QD Solar dicapai melalui penambahan lapisan perovskit secara beriringan dengan sel PV silikon. Pendekatan “pasif” SunDensity melibatkan coating yang secara efisien menggeser energi sinar matahari yang masuk ke rentang yang lebih dapat digunakan bagi panel surya untuk menyerap.

Teknologi ini saling melengkapi dengan potensi mencapai efisiensi modul lebih dari 40% ketika digabungkan.

Yahoo Finance

Jadi kombinasi penggunaan dalam satu panel surya perovskit (foton tampak berenergi tinggi), nano-coating (cahaya UV), dan quantum dot (foton inframerah) dapat menghasilkan efisiensi maksimum yang dapat dicapai oleh panel surya.

Sumber: QD Solar

Prospek panel surya dengan efisiensi 40% yang akan datang dan bahkan lebih tinggi di masa depan dapat menjadi pengubah permainan bagi industri.

Panel surya berefisiensi tinggi dan lebih tahan lama dapat sangat berharga untuk aplikasi menuntut seperti tenaga surya berbasis ruang angkasa.