Berinvestasi dalam Pencapaian Hadiah Nobel – Quantum Dots & Nanocolors

Sejarah Hadiah Nobel

Hadiah Nobel berawal dari wasiat Alfred Nobel, yang menetapkan penghargaan bagi mereka yang memberikan manfaat terbesar bagi umat manusia dalam fisika, kimia, fisiologi atau kedokteran, sastra, dan perdamaian.

Wasiat tersebut menjelaskan tujuan penghargaan yang didanai dari kekayaan Nobel, termasuk penekanan pada manfaat bagi umat manusia. Tidak semua penemuan yang dihargai dibuat tepat pada tahun sebelum penghargaan diberikan.

Penghargaan ekonomi didirikan kemudian oleh bank sentral Swedia untuk mengenang Alfred Nobel. Secara resmi penghargaan itu berbeda dari lima kategori dalam wasiat Nobel.

Lembaga di Swedia memilih penerima dalam sebagian besar kategori, tetapi Hadiah Perdamaian diputuskan oleh Komite Nobel Norwegia.

Kekhawatiran Warisan

Kisah terkenal menyatakan bahwa Nobel terpengaruh oleh obituari yang keliru setelah kematian saudaranya. Namun, kisah tersebut tidak boleh diperlakukan sebagai penjelasan tunggal yang terbukti atas keputusannya. Nobel mengembangkan bahan peledak, termasuk dinamit; dinamit tidak sama dengan bahan pendorong tanpa asap. Wasiatnya memberikan dasar resmi bagi penghargaan.

Hadiah Nobel

Kekayaan yang diwariskan dikelola untuk mendukung penghargaan. Penerima memperoleh medali, diploma dan uang hadiah. Nilai 11 juta krona Swedia yang disebut dalam artikel merupakan jumlah pada periode tertentu dan dapat dibagi di antara penerima; bukan jumlah tetap sepanjang sejarah.

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

Warna benda dipengaruhi oleh cara bahan menyerap, memantulkan atau memancarkan cahaya. Mekanismenya bervariasi menurut material dan struktur.

Pada nanokristal semikonduktor yang cukup kecil, pembatasan kuantum mengubah tingkat energi pembawa muatan dan interaksinya dengan cahaya. Efek ini bukan berarti semua mekanisme optik biasa berhenti bekerja pada skala nano.

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

Pada 1937, Herbert Fröhlich membahas pengaruh ukuran terhadap sifat partikel kecil. Dalam quantum dot, pembatasan ruang gerak pembawa muatan mengubah tingkat energi; bukan sekadar elektron ditekan dan berdesakan seperti benda makroskopis.

Untuk bahan semikonduktor yang sama, ukuran nanokristal dapat mengubah celah energi dan spektrum optik. Komposisi dan permukaan juga berpengaruh, sehingga ukuran bukan satu-satunya penentu warna.

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 2023, Moungi Bawendi, Louis Brus dan Alexei Ekimov menerima Nobel Kimia atas penemuan dan sintesis quantum dot.

Quantum dot digunakan secara komersial dalam layar dan beberapa aplikasi optik. Banyak penggunaan medis masih diteliti. Perkiraan pasar 4 miliar dolar pada 2021 adalah angka historis dengan cakupan tertentu.

Potensi lain yang diteliti mencakup pencitraan kanker menggunakan quantum dot inframerah, hingga sel surya yang memanfaatkan rentang spektrum lebih luas atau membuka opsi baru dalam manufaktur elektronik dengan nanofotonik.

Dari Kaca Kuno ke Fisika Kuantum

Pembuat kaca telah lama menggunakan bahan tambahan untuk menghasilkan warna. Analisis modern menunjukkan bahwa komposisi, ukuran kristal dan perlakuan panas dapat mengubah sifat optik kaca.

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

Ekimov meneliti kaca yang mengandung kristal tembaga klorida. Analisis sinar-X menunjukkan ukuran kristal sekitar 2–30 nm pada perlakuan panas yang berbeda. Yang dibahas adalah kristal senyawa semikonduktor, bukan partikel logam tembaga biasa.

Kristal tembaga klorida yang lebih kecil menunjukkan pergeseran penyerapan ke energi yang lebih tinggi, atau panjang gelombang yang lebih pendek. “Lebih biru” di sini menjelaskan spektrum serapan, bukan selalu warna tampak seluruh kaca.

Karya ini menunjukkan cara membuat dan mengamati efek ukuran dalam nanokristal yang berada di kaca. Kondisi ekstrem seperti vakum ultra-tinggi bukan syarat untuk semua efek kuantum.

Ekimov menerbitkan hasilnya pada 1981. Brus kemudian mengembangkan penelitian secara independen pada partikel dalam larutan; tidak tepat menyatakan hasil Soviet sama sekali tidak diketahui di Barat sampai Uni Soviet runtuh.

Partikel Quantum Dot Tersuspensi

Di Bell Labs di AS, inkubator setidaknya 10 Hadiah Nobel, Louis Brus mempelajari penggunaan energi surya untuk mendorong reaksi kimia. Ia menggunakan partikel kadmium sulfida dalam larutan, dengan ukuran kecil untuk memperbesar luas permukaan.

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.

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

Bawendi bergabung sebagai peneliti pascadoktoral di laboratorium Brus pada 1988. Setelah pindah ke MIT, ia mengembangkan sintesis yang lebih terkontrol melalui pengaturan injeksi, suhu dan pertumbuhan kristal.

• Bahan prekursor disuntikkan cepat ke pelarut panas untuk memicu pembentukan inti kristal.
  • Ini menghasilkan “embrio” kristal kecil yang terbentuk secara bersamaan.
  • Penurunan suhu setelah injeksi membatasi pembentukan inti baru.
• Pemanasan berikutnya mengatur pertumbuhan kristal yang sudah terbentuk.
  • Pengaturan reaksi dan ligan permukaan membantu menghasilkan ukuran serta sifat optik yang lebih seragam.

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.

Mengatur sifat bahan melalui ukuran

Quantum dot memperluas cara merekayasa sifat material melalui ukuran dan struktur. Ia tidak menambahkan unsur kimia baru ke tabel periodik.

Tabel periodik modern disusun berdasarkan nomor atom, sedangkan penyusunan awal Mendeleev menggunakan massa atom dan pola sifat kimia. Perilaku elektron berperan dalam sifat tersebut.

Pada komposisi yang sama, ukuran nanokristal dapat memberikan sifat optik dan elektronik berbeda. Ini merupakan cara merekayasa material, bukan penemuan unsur atau otomatis suatu keadaan materi 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.

Aplikasi Quantum Dot

QLED

Layar berbasis quantum dot merupakan salah satu aplikasi komersial penting. Banyak televisi yang dipasarkan sebagai QLED menggunakan lapisan konversi warna quantum dot dengan LCD dan lampu latar LED, berbeda dari layar quantum-dot electroluminescent murni.

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 dot juga dapat mengubah spektrum keluaran sumber LED agar sesuai dengan kebutuhan warna tertentu.

Sinyal Optik

Nanokristal dapat dibuat dalam larutan maupun tertanam pada bahan padat. Potensi penggunaannya dalam komunikasi optik bergantung pada komposisi dan struktur perangkat; tidak semua kristal pada kaca menjadi penguat serat optik.
Quantum dot juga dapat dibentuk melalui metode pertumbuhan Stranski-Krastanov dan digunakan dalam jenis laser semikonduktor tertentu untuk komunikasi optik.

Biokimia

Emisi fluoresensinya dapat membantu peneliti menandai dan melacak molekul atau struktur dalam eksperimen.

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.

Kedokteran

Dalam penelitian pencitraan, quantum dot dapat dihubungkan dengan molekul penarget jaringan tumor. Pengikatan tidak selalu hanya terjadi pada sel kanker, dan keamanan serta spesifisitas harus divalidasi.

Fototerapi berbasis quantum dot juga diteliti, antara lain untuk menghasilkan panas atau spesies kimia reaktif setelah penyinaran. Ini bukan bukti bahwa pendekatan tersebut sudah menjadi terapi kanker rutin.

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

Brus mempelajari partikel semikonduktor dalam konteks reaksi fotokimia. Katalis dapat mempercepat jalur reaksi, tetapi tidak menciptakan energi atau mengubah keseimbangan termodinamika sesuka hati.

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.

Contoh aplikasi penelitian adalah untuk memecah air menjadi hidrogen, mengurangi CO2 menjadi senyawa hidrokarbon serta membantu reaksi kimia lainnya.

Carbon quantum dot merupakan kelompok partikel karbon berukuran nano. Nanotube karbon, fullerene dan graphene bukan semuanya otomatis carbon quantum dot. Struktur, ukuran dan kimia permukaan menentukan kelarutan, fluoresensi serta toksisitas; “berbasis karbon” tidak berarti tanpa risiko. Quantum dot: aplikasi katalisis

Energi

Quantum dot semikonduktor dengan celah energi yang dapat diatur berpotensi digunakan dalam sel surya. Efisiensi perangkat nyata bergantung pada seluruh desain dan proses pembuatan.

Sel silikon menyerap foton dengan energi di atas celah energinya, bukan hanya foton berenergi tertinggi. Sebagian energi hilang karena foton tidak terserap atau energi berlebih berubah menjadi panas. Quantum dot dapat membantu desain spektral tertentu, tetapi tidak menghilangkan semua kehilangan.

Batas efisiensi teoritis harus dikaitkan dengan arsitektur dan asumsi. Sekitar sepertiga berlaku untuk sel sambungan tunggal ideal pada kondisi tertentu; angka jauh lebih tinggi seperti 66% melibatkan konsep atau asumsi lain dan bukan batas umum semua sel quantum dot maupun efisiensi produk yang telah dicapai.

Komputer Kuantum

Dalam penelitian komputer kuantum, yang dibahas di “Keadaan Saat Ini Komputasi Kuantum”, quantum dot dapat menjadi salah satu platform pembawa informasi kuantum.

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.

Pembuatan quantum dot untuk layar tidak sama dengan pembuatan qubit berkualitas tinggi. Pengendalian spin, noise, suhu dan interkoneksi tetap menjadi tantangan; harga rendah nanokristal tidak menjamin komputer kuantum murah.

Berinvestasi dalam Quantum Dot & Nanotek

Samsung Electronics, yang antara lain dirujuk melalui simbol SSNLF, memiliki bisnis layar berbasis quantum dot. Namun, perusahaan juga memiliki banyak bisnis lain; pangsa pasar dan ketersediaan instrumen investasi bergantung pada waktu serta bursa.

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.

Artikel historis ini menyebut beberapa ETF nanoteknologi, termasuk ProShares Nanotechnology ETF (TINY) atau Direxion Nanotechnology ETF (TYNE). Namun TYNE dilikuidasi pada 24 Februari 2023 sehingga bukan pilihan aktif dalam konteks 2024. Status, portofolio dan ketersediaan setiap dana harus diperiksa; ETF nanoteknologi juga bukan eksposur murni ke quantum dot.

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

Perusahaan Quantum Dot & Nanotek

1. Nanoco Group (NANO.l)

Nanoco mengembangkan quantum dot dan nanomaterial. Pada konteks historis artikel, perusahaan tercatat di London dengan simbol NANO.

Karakteristik usahanya perlu dinilai terpisah dari harga saham atau ketersediaan pencatatan pada masa lain.

Nanoco mengembangkan quantum dot bebas kadmium. Penyelesaian sengketa Samsung pada 2023 memiliki nilai bruto 150 juta dolar, sedangkan sekitar 90 juta dolar merupakan perkiraan hasil bersih bagi Nanoco setelah biaya terkait. Penyelesaian sengketa tidak sama dengan kemitraan operasional umum yang menjamin pendapatan berulang.

Fokus Nanoco berbeda dari bisnis Samsung yang sangat beragam. Keduanya bukan investasi dengan risiko atau eksposur yang identik.

Meskipun perusahaan terutama berfokus pada aplikasi LED, yaitu OLED, μLED, dan QD-EL, perusahaan juga meneliti pasar baru, misalnya penandaan keamanan untuk uang kertas.

Nanoco juga meneliti material inframerah melalui Heatwave. Aplikasi sensor yang diusulkan antara lain:

• Pengenalan wajah biometrik.
• Pengukuran optik untuk penelitian atau sensor kesehatan, yang tetap memerlukan validasi untuk penggunaan diagnostik.
• LIDAR
• Penglihatan malam.

Pesanan produksi yang disebut pada 2024 adalah perkembangan historis, bukan jaminan peningkatan penjualan terus-menerus. Bebas kadmium dapat mengurangi masalah terkait kadmium, tetapi tidak membuktikan keamanan medis semua formulasi quantum dot.

2. QD Solar / SunDensity Canada

SunDensity mengumumkan pembentukan SunDensity Canada melalui akuisisi QD Solar pada 2024. Keduanya mengembangkan pendekatan berbeda untuk meningkatkan pemanfaatan cahaya pada perangkat surya.

Manfaat komersial kombinasi teknologi tersebut masih perlu dibuktikan.

QD Solar meneliti kombinasi bahan untuk menyerap bagian spektrum berbeda, termasuk perovskit dan quantum dot. Rancangan dan hasil tiap perangkat harus dibedakan dari klaim pemasaran tentang seluruh panel.

Pelapis SunDensity dirancang untuk menggeser spektrum cahaya ke rentang yang lebih berguna bagi sel surya, termasuk konversi cahaya berenergi tinggi. Bukan semata-mata melindungi panel dari UV tanpa mengonversi cahaya.

Pendekatan sel tandem QD Solar dan pelapis pengubah spektrum SunDensity dapat saling melengkapi. Namun, keduanya bukan sistem yang sama, dan keberhasilannya bergantung pada integrasi, kestabilan dan biaya.

Efisiensi modul di atas 40% disebut sebagai potensi atau sasaran teknologi, bukan hasil modul komersial gabungan yang sudah terbukti.

Yahoo Finance

Menggabungkan perovskit, quantum dot dan pelapis spektral adalah pendekatan penelitian. Kombinasi itu tidak otomatis menghasilkan efisiensi maksimum atau melampaui batas fisika yang sesuai dengan desainnya.

Panel berefisiensi tinggi berpotensi bermanfaat, tetapi target 40% tidak boleh disamakan dengan produk siap tersedia atau hasil yang pasti.

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