Den Nobelpreis für Physik 2000 teilen sich Herbert Kroemer und Schores I. Alfjorow für ihre Entwicklungen auf dem Gebiet der Halbleiter im Bereich der Optoelektronik sowie Jack S. Kilby, dem Erfinder integrierter Schaltungen (IC), dem Vorläufer heutiger Mikrochips.
Der deutsche Physiker Herbert Kroemer (*1928 in Weimar), zuletzt Professor für Halbleiterphysik an der University of California, und der russische Physiker Schores Iwanowitsch Alfjorow (*1930 in Wizebsk, Weißrussland), zuletzt Direktor am Joffe-Institut in Sankt Petersburg, entwickelten als Spezialisten auf dem Gebiet der Halbleiterphysik die optoelektronische Nutzung von Halbleitern, beispielsweise in Halbleiterlasern. Die zweite Häfte des Nobelpreises ging an den amerikanischen Elektrotechniker und Ingenieur Jack S. Kilby (*1923 in Jefferson City, Miss., USA; †2005 in Dallas, Texas, USA), der viele Jahre für den Hersteller Texas Instruments arbeitete, als den Erfinder der integrierten Schaltungen (IC) auf Halbleiterbasis, den Vorläufern der Mikrochips.
IC's bzw. Mikrochips auf Rechnerplatinen
Hintergrund: An der Grenze von n-dotiertem Halbleitermaterial zu p-dotiertem Halbleitermaterial können Elektronen unter Emission bestimmter Lichtwellenlängen von einem Energieniveau auf das andere springen. Dieser Effekt wird in speziellen Lasern auf Halbleiterbasis genutzt, wobei Information auf optoelektronischem Wege übertragen bzw. gelesen wird. Solche Laser werden beispielsweise in DVD-Playern, Laserdruckern und vielen weiteren elektrotechnischen Instrumenten eingesetzt.
Die Integrierte Schaltungen (IC) von Jack Kilby nutzen Halbleiter auf Siliziumbasis zur Vereinigung verschiedener elektrischer Schaltungen wie Transistoren und Kondensatoren in einer Baueinheit auf engstem Raum. Die heutigen Mikrochips stellen die bislang am höchsten verdichtetste Form integrierter Schaltungen dar.
Weblinks (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2000/ (Seite der Nobelstiftung)
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2000/press.html (Pressemeldung der Nobelstiftung)
http://www.ti.com/corp/docs/kilbyctr/jackstclair.shtml (Seite zu Jack Kilby bei Texas Instruments)
Den Nobelpreis für Physik 2009 teilen sich Charles Kuen Kao, für dessen bahnbrechenden Erfolge auf dem Gebiet der Lichtleitung mittels Fiberoptik für optische Kommunikation sowie Willard Sterlin Boyle und George Elwood Smith für die Erfindung des CCD-Sensors.
Der chinesische Physiker Charles Kuen Kao (*1933 in Shanghai, China), zuletzt als Spezialist für optische Datenübertragung der Direktor einer Forschungsabteilung des Technologiekonzerns ITT in England, gilt als einer der Pioniere der optischen Datenübertragung in Lichtleitern. Ihm gelang insbesondere auch das Problem des Datenverlustes in Lichtleitern (speziell Glasfasern) zu lösen. Der kanadische Physiker Willard Sterlin Boyle (*1924 in Amherst, Kanada) und der amerikanische Physiker George Elwood Smith (*1930 in White Plains, NY, USA), beide zuletzt Wissenschaftler bei den Bell Laboratories und Spezialisten in der Halbleiterforschung, erfanden den CCD-Sensor (CCD ist Abkürzung für: charge-coupled device), der als lichtempfindliches Halbleiterbauelement in allen digitalen Kameras steckt.
Hintergrund: Die optische Datenübertragung in Lichtwellenleitern wie Glasfasern bietet gegenüber elektrischen Leitern eine höhere Übertragungsdichte und Bandbreite an Informationen. Sie ist dazu kaum anfällig gegenüber elektromagnetischen Störungen von außen. Glasfasern für optische Datenübertragung bestehen aus einem Mantel von einem geringeren Brechungsindex als im lichtleitenden Faserkern. Die Lichtwellenleitung kann dann weitgehend verlustfrei erfolgen, wenn an der Grenze der unterschiedlich brechenden Medien mit den Brechzahlen n2 und n1 eine Totalreflexion erfolgt, dabei lässt sich Θc , der sogenannte Grenzwinkel der Totalreflektion, nach Θc=arcsin(n2/n1) ermitteln (abgeleitet aus dem Brechungsgesetz von Snellius).
Bei CCD-Chips bzw. CCD-Sensoren werden proportional zur einwirkenden Lichtmenge Elektronen des Halbleiters freigesetzt und in Potentialmulden gefangen. Ein rechtzeitiges Auslesen dieses Zustandes ermöglicht dann die Darstellung des digitalen Bildes, wie man es von digitalen Kameras kennt.
Weblinks (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009/ (Seite der Nobelstiftung)
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009/press.html (Pressemeldung der Nobelstiftung)
http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Oral-History:Charles_Kao (Seite des Institute of Electrical and Electronic Engineers, kurz IEEE, über Charles Ken Kao mit Interview)
Der Nobelpreis für Chemie 2000 ging an die Forscher Alan J. Heeger, Alan MacDiarmid und Hideki Shirakawa für die Entwicklung elektrisch leitfähiger Polymere.
Über die Chemienobelpreisträger und die gewürdigten Arbeiten:
Dem amerikanische Chemiker Alan J. Heeger (*1936 in Sioux City, Iowa, USA), zuletzt Direktor am Institute for Polymers and Organic Solids an der University of California, dem neuseeländischen Chemiker Alan MacDiarmid (*1927 in Masterton, Neuseeland; †2007) von der University of Pennsylvania sowie dem japanische Chemiker Hideki Shirakawa (*1936 in Japan) gelangen die Herstellung von zunächst halbleitenden und später metallisch leitenden Polymeren. Den Beginn machte Shirakawa mit der Entdeckung der halbleitenden Formen cis- und trans-Polyethin (Polyacetylen). Mit Hilfe geeigneter Dotierung mit Fremdelementen (z.B. mit Iod) konnten Heeger und MacDiarmid Polyacetylene mit sehr hoher elektrischer Leitfähigkeit herstellen.
Struktur des polymeren Halbleiters trans-Polyethin (trans-Polyacetylen)
Hintergrund: Unter Kunststoffen versteht man vorzugsweise organische Polymerverbindungen, die in der Regel elektrische Isolatoren darstellen und nicht leitend sind. Leitfähige Polymere beruhen auf Polymeren mit beweglichen π-Elektronensytemen aus Strukturen mit abwechselnden Doppelbindungen. Per Dotierung (Versetzung) mit geeigneten Fremdatomen kann diese elektrische Leitfähigkeit stark erhöht werden, bis auf Werte, wie man sie von Metallen wie Kupfer oder Silber kennt. Da Polyethin an Luft und unter Lichteinwirkung nicht dauerhaft stabil ist, beruhen leitfähige Polymere heute auf stabileren Polymeren mit aromatischen Kernen, beispielsweise Poly-para-phenylen (PPP) oder Polypyrrol. Leitfähige Polymere werden beispielsweise in bestimmten Lithium-Batterien oder in speziellen Leuchtdioden, den OLED’s (Organic Light Emitting Diode), eingesetzt. Die OLED-Technologie kommt auch bei der Technik von Bildschirmen zum Einsatz. Text © Ansgar Bach
Weblinks (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2000/ (Seite der Nobelstiftung)
Vertreter der Nobel-Stiftung haben 2010 die Termine zur Bekanntgabe der Nobelpreise 2010 festgelegt:
Am Montag, 4. Oktober 2010, 11:30 Uhr: Bekanntmachung der Vergabe des Nobelpreises für Medizin und Physiologie 2010
Dienstag, 5. Oktober 2010, 11:45 Uhr: Bekanntmachung der Vergabe des Nobelpreises für Physik 2010
Mittwoch, 6. Oktober 2010, 11:45 Uhr: Bekanntmachung der Vergabe des Nobelpreises für Chemie 2010
Donnerstag, 7. Oktober 2010, 13:00 Uhr: Bekanntmachung der Vergabe des Nobelpreises für Literatur*
Freitag, 8. Oktober 2010, 11:00 Uhr: Bekanntmachung der Vergabe des Friedensnobelpreises 2010
Montag, 11. Oktober 2010, 13:00 Uhr: Bekanntmachung der Vergabe des Nobelpreises für Wirtschaftswissenschaften 2010**
*Traditionsgemäß wurdw der Termin der Vergabe des Nobelpreises für Literatur erst später bekannt gemacht.
* *eigentlich: Preis für Wirtschaftswissenschaften der Schwedischen Reichsbank in Gedenken an Alfred Nobel
Der Nobelpreis für Chemie 2001 ging an die Forscher William S. Knowles, Ryoji Noyori und Barry Sharpless für die Entwicklung chiraler Katalysatoren für Hydrierungsreaktionen und Oxidationsreaktionen.
Über die Chemienobelpreisträger und die gewürdigten Arbeiten:
Dem amerikanische Chemiker William S. Knowles (* 1917 in Taunton, Mass., USA), bis 1986 Chemiker bei dem Chemiekonzern Monsanto, gelang die enantiomerenreine Produktausbeute aus stereoselektiven Hydrierungsreaktionen durch von ihm entwickelte chirale Katalysatoren. William S. Knowles arbeitete lange Zeit mit Robert B. Woodward auf dem Gebiet der Steroide zusammen. Der japanischen Chemiker Ryoji Noyori (*1938 in Kobe, Japan), zuletzt Professor an der Universität Nagoya, und der amerikanische Chemiker Karl Barry Sharpless (*1941 in Philadelphia, USA), zuletzt Professor am Scripps Rearch Institute, machten ihren Post-Doc bei dem berühmten Chemiker Elias Corey in Harvard und waren früh auf dem Gebiet stereoselektiver Synthesen mit chiralen Katalysatoren spezialisiert. Ihre chiralen Katalysatoren sind u.a. spezielle Komplexverbindungen des Metalls Ruthenium (Ru-BINAP-Komplexe). Beide bauten auf den Ergebnissen von William S. Knowles auf. Nach Sharpless sind in der organischen Chemie einige Reaktionen, darunter die bei Chemikern gut bekannte sogenannte Sharpless Epoxidierung. Nach Noyori ist die Noyori-Hydrierung benannt.
stereoselektive Hydrierung nach Noyori in chemischer Formelschreibweise
Hintergrund: Katalysatoren beschleunigen Reaktionen. Chirale Katalaysatoren wie solche von Typ Ru-BINAP wirken dazu noch stereoselektiv. Strukturen chiraler Moleküle verhalten sich wie Bild und Spiegelbild zueinander, d.h., wie die linke Hand zu der rechten Hand. Oft liegt als Produkt ein Gemisch beider chiraler Formen vor, das sogenannte Racemat. Aus stereoselektiven Reaktionen entsteht nun bevorzugt nur eine chirale Form. Die stereoselektive Synthese gehört zu den wichtigsten Gebieten der organischen Chemie. Wie wichtig sie ist, zeigt beispielsweise der Skandal um die Missbildungen nach dem Einsatz des Medikaments Contergan. Dieser beruht darauf, dass ein Racemat eingesetzt wurde und dabei nicht erkannt wurde, dass nur die eine chrirale Form unbedenklich ist, während das andere bei Einnahme in der Schwangerschaft Missbildungen verursacht. Text © Ansgar Bach
Weblinks (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2001/ (Seite der Nobelstiftung)
Der Nobelpreis für Chemie 2002 ging zur einen Hälfte an die Forscher John B. Fenn und Kōichi Tanaka für die Entwicklung von Methoden der weichen Desorption- und Ionisation in der Massenspektrometrie biologischer Makromoleküle sowie zur anderen Hälfte an Kurt Wüthrich für seine bedeutenden Weiterentwicklungen der NMR-Spektroskopie an (biologischen) Makromolekülen.
Über die Chemienobelpreisträger und die gewürdigten Arbeiten:
Dem amerikanische Chemiker John B. Fenn (* 1917 in New York City, USA) und dem japanischen Chemiker Kōichi Tanaka (* 1955 in Toyama, Japan) gelang mit der von Fenn entwickelten Methode der sogenannten Elektrospray-Ionisation, biologische Makromoleküle für die massenspektrometrische Analyse zugänglich zu machen. Die Ehrung von Tanaka ist in der Wissenschaftsgemeinde umstritten.
Dem schweizer Chemiker Kurt Wüthrich (*1938 in Aarberg, Schweiz), zuletzt Professor für Biophysik an der ETH Zürich, gelang durch Weiterentwicklung der NMR-Spektroskopie spektakuläre NMR-Strukturaufklärungen von Proteinen, wie sie zuvor nicht für möglich gehalten wurden.
Hintergrund: Die Massenspektrometrie ist eine analytische Methode, wobei die zu untersuchende Substanz zunächst verdampft und dann per Beschuss mit geladenen Teilchen (z.B. Elektronen) in Ionenfragmente zerlegt wird. Nach ihrer Masse und Ladung können diese Fragmente dann aufgetrennt und bestimmt werden. Biologische Makromoleküle werden dabei zu stark zerstört, und so entwickelte Fenn die Elektrospray-Methode, bei der eine wässrige Lösung des biologischen Makromoleküls „schonend“ in einem elektrischen Feld ionisiert wird.
Die NMR-Spekroskopie (nuclear magnetic resonance) ist eine analytische Methode zur Strukturaufklärung bei der die Aufspaltung und Resonanz des Kernspins (z.B. des Protonenspins) im angelegten Magnetfeld genutzt wird. Je nach chemischer Umgebung, d.h. der Lage des betrachteten Atomkerns im Molekül, treten Verschiebungen von Resonanzen und Kopplungen auf. Ein großer Vorteil dieser Methode ist, dass die Substanzen in Lösung untersucht werden und nicht kristallisiert werden müssen (wie bei der Röntgenstrukturanalyse). Durch Weiterentwicklungen wie 2D-NMR-Spektroskopie und multidimensionaler NMR-Spektroskopie sind Strukturaufklärungen von großen Proteinen möglich geworden, die sich nur schlecht oder gar nicht kristallisieren lassen.
Weblinks (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2002/ (Seite der Nobelstiftung)
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2002/press.html (Pressemeldung der Nobelstiftung)
Der Nobelpreis für Chemie 2003 ging an die Forscher Peter Agre für die Entdeckung von Wasserkanälen in Zellmembranen und an Roderick MacKinnon für die Strukturaufklärung von Ionenkanälen in Zellmembranen.
Über die Chemienobelpreisträger und die gewürdigten Arbeiten:
Der amerikanische Molekularbiologe Peter C. Agre (* 1949 in Northfield Minn., USA) von der John Hopkins University in Baltimore entdeckte ein Membranprotein, das für den Wassertransport in Zellmembranen zuständig ist. Er taufte dieses Protein Aquaporin. Dem amerikanischen Biochemiker Roderick MacKinnon (*1957 in Burlington Mass., USA) von der Rockefeller University gelang die Strukturaufklärung von Membranproteinen, die für den Transport von Ionen in Zellmembranen zuständig sind.
Hintergrund: Zellmembranen werden chemisch gesehen aus Lipiddoppelschichten aufgebaut. Lipiddoppelschichten sind kettenformige Moleküle, die einen unpolaren (und hydrophoben) Schwanz in das Membraninnere richten und einen polaren (und hydrophilen) Kopf nach außen. In diesem Aufbau aus Lipiddoppelschichten sind funktionell wichtige Proteine, die sogenannten Membranproteine, eingebaut. Membranproteine sind nicht einfach zu isolieren und noch viel schwerer zu kristallisieren, weshalb insbesondere die Kristallstrukturaufklärung des Membranproteins für den Ionentransport eine Besonderheit darstellt. In den Ionenkanälen der Zellmembran werden vorwiegend die Kationen K+, Na+, Ca2+ und die Anionen Cl–, NO3 – sowie Malatanionen transportiert. Die Aquaporine dienen in Zellmembranen auch als Ionenkanäle für Protonen (H+).
Schema vom Aufbau einer Zellmembran
Weblinks (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2003/ (Seite der Nobelstiftung)
http://lab.rockefeller.edu/mackinnon/ (Seite der Arbeitsgruppe von MacKinnon)
Der Nobelpreis für Chemie 2004 ging an die Forscher Aaron J. Ciechanover, Avram Hershko und Irwin Rose für die Entdeckung des Ubiquitin-gesteuerten Proteinabbaus.
Über die Chemienobelpreisträger und die gewürdigten Arbeiten:
Der israelische Biochemiker Aaron J. Ciechanover (* 1947 in Haifa, Israel) vom Institute of Technology in Haifa, der ungarisch-israelische Chemiker Avram Hershko (*1937 in Karcag, Ungarn) ebenfalls vom Israel Institute of Technology sowie der amerikanische Biochemiker Irwin Rose (*1926 in New York, USA) von der University of California entdeckten und untersuchten den durch das Protein Ubiquitin gesteuerten Abbbau von Proteinen in eukaryotischen Zellen.
Ubiquitin ist ein in allen eukaryotischen Zellen (Zellen mit Zellkern und Zellmembran) vorkommendes Protein. Durch Bindung von Ubiquitin an ein weiteres Protein wird dieses weitere Protein in seiner Funktionalität in spezieller Weise gesteuert, weil die Ubiquitinbindung die Faltung des Proteins verändert. Bestimmte Arten der Ubiquitinbindungen bedeuten den Abbau des betroffenen Proteins. Ubiquitin bzw. fehlerhafte Ubiquitinbindungen und damit fehlerhafte Proteinfaltungen spielen eine große Rolle bei der Entstehung von Krankheiten. Der Name Ubiquitin rührt von dem Wort ubiquitär (allgegenwärtig) her.
Ausschnitt Oberflächenstruktur von Ubiquitin
Weblinks (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2004/ (Seite der Nobelstiftung)
Der Nobelpreis für Chemie 2005 ging an die Forscher Yves Chauvin, Robert Grubbs und Richard R. Schrock für die Entwicklungen in der Metathesemethode in der organischen Synthese
Über die Chemienobelpreisträger und die gewürdigten Arbeiten:
Der französische Chemiker Yves Chauvin (* 1930 in Menen, Belgien) vom Institut Franςais du Pétrole klärte den Mechanismus der Olefinmetathese 1970 auf. Die amerikanischen Chemiker Richard R. Schrock (*1945 in Berne, USA) vom Massachusetts Institute of Technology sowie Robert H. Grubbs (*1945 in Calvert City, USA) vom California Institute of Technology (Caltech) entwickelten für die Olefinmetathese besonders geeignete metallorganische Katlaysatoren („Grubbs-Katalysatoren“, „Schrock-Carbene“).
Metathesen sind in der organischen Chemie Reaktionen, bei denen bestimmte Molekülgruppen gegenseitig ausgetauscht werden. Eine der technisch bedeutsamsten Reaktionen dieser Art ist die Olefinmetathese zur Herstellung von Alkenen (Olefinen) in der Petrochemie. Die Olefinmetathese läuft über die besondere chemische Zwischenstufe eines Metall-Carben-Komplexes (als Kurzformel: R2C=M). Die Beschreibung der Olefinmetathese durch Chauvin und die Entwicklung geeigneter Katalysatoren durch Grubbs und Schrock sind von ausgesprochen hoher wirtschaftlicher Bedeutung.
Weblinks (mit Bildern):
http://web.mit.edu/chemistry/www/faculty/schrock.html (Seite der Arbeitsgruppe von Schrock am MIT)
http://www.cce.caltech.edu/faculty/grubbs/ (Seite der Arbeitsgruppe von Grubbs am Caltech)
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2005/ (Seite der Nobelstiftung zum Chemienobelpreis 2005)
Der Nobelpreis für Chemie 2006 ging an den Biochemiker Roger D. Kornberg für die Erforschung der molekularen Grundlagen der genetischen Tanskrition.
Über den Chemienobelpreisträger und die gewürdigten Arbeiten:
Preisträger ist der amerikanische Biochemiker Roger D. Kornberg (*1947, St. Louis, USA), der an den amerikanischen Universitäten Harvard, Stanford und Cambridge studierte und als Professor für Strukturbiologie in Stanford lehrt. Kornberg erforscht die molekularen Grundlagen der genetischen Transkription in eukaryotischen Zellen (Zellen mit Zellkern und Chromosomen).
Der Fachbegriff Transkription steht für die molekulargenetische „Abschrift“ der genetischen Information auf der DNA (Desoxyribonukleinsäure) durch Ausbildung von RNA (Ribonukleinsäure) mit komplentärem gentischen Code. Für die Ausbildung der RNA spielt das von Kornberg strukturbiologisch erforschte Enzym RNA-Polymerase eine entscheidende Rolle als Katalysator. Transkription und Translation (Umwandlung des genetischen Codes auf der Boten-RNA in Aminosäurenketten) sind fundamentale Prozesse der Genexpression (und Voraussetzung der Proteinbiosynthese, vgl. auch Chemienobelpreis 2009).
Roder D. Kornberg (Bild von Dr. Saptarshi)
Weblinks (mit Bildern):
http://kornberg.stanford.edu/ (Seite der Arbeitsgruppe Kornbergs in Stanford)
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2006/ (Seite der Nobelstiftung über Roger D. Kornberg)