一分鐘讀懂：量子點(diǎn)是個(gè)啥？納米小顆粒彩虹戰(zhàn)隊(duì)！

點(diǎn)擊圖片進(jìn)入歷年諾貝爾獎(jiǎng)解讀合集

2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)公布，獲獎(jiǎng)?wù)呤悄ぐ屯希∕oungi G. Bawendi）、路易斯·布魯斯（Louis E. Brus）和阿列克謝·埃基莫夫（Alexey I. Ekimov）。表彰他們發(fā)現(xiàn)和合成量子點(diǎn)。

【資料圖】

量子點(diǎn)是什么？

簡(jiǎn)單說，量子點(diǎn)就是一些尺寸非常非常微小的晶體顆?！〉綍?huì)產(chǎn)生量子效應(yīng)的那種。它們通常只有幾納米大，每一個(gè)顆粒中可能只包含數(shù)千個(gè)原子。

量子點(diǎn)指的是一些非常微小的納米晶體顆粒 | Norah Lynch/slideplayer

雖然化學(xué)成分和較大的晶體顆粒相同，但尺寸極小的量子點(diǎn)卻有著和較大顆粒截然不同的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。這是因?yàn)樵跇O小的尺度之下，這些微小顆粒中的電子狀態(tài)發(fā)生了變化。

量子點(diǎn)最突出的一個(gè)光學(xué)性質(zhì)在于，在受到激發(fā)之后，它們會(huì)發(fā)出不同顏色的、高質(zhì)量的單色光。光的具體顏色并非由化學(xué)組成決定，而是和納米小顆粒的尺寸密切相關(guān)：尺寸相對(duì)較大時(shí)，光的顏色會(huì)偏紅，而隨著尺寸縮小，光的顏色會(huì)越來越偏藍(lán)。

發(fā)出不同顏色光的量子點(diǎn)丨Wikipedia

量子點(diǎn)有什么用？

如今，量子點(diǎn)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)在了各種商業(yè)產(chǎn)品當(dāng)中。

它最常見的用途就是用來產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的彩色光，利用這一點(diǎn)可以制造出量子點(diǎn)顯示器。在這種顯示設(shè)備中，可以讓量子點(diǎn)吸收藍(lán)光、受到激發(fā)，然后再發(fā)出其他顏色的光。只要調(diào)整量子點(diǎn)的尺寸，就可以準(zhǔn)確地改變輸出光的波長(zhǎng)和顏色，從而達(dá)到高質(zhì)量的顯示效果。

量子點(diǎn)可以用來做電視 | 圖蟲創(chuàng)意

此外，量子點(diǎn)也可以應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)、量子計(jì)算等很多其他領(lǐng)域。比如有一種利用量子點(diǎn)制成的生物熒光探針，它可以用來追蹤腫瘤組織，協(xié)助醫(yī)生進(jìn)行早期診斷。

獲獎(jiǎng)?wù)邽榱孔狱c(diǎn)做了什么貢獻(xiàn)？

獲獎(jiǎng)?wù)呗芬姿埂げ剪斔梗↙ouis E. Brus）和阿列克謝·?；颍ˋlexey I. Ekimov）的貢獻(xiàn)在于他們分別發(fā)現(xiàn)了量子點(diǎn)獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)。

布魯斯通過研究懸浮在溶液中的微小硫化鎘顆粒發(fā)現(xiàn)了它們特別的光學(xué)性質(zhì)，并證明了這是一種依賴顆粒尺寸的量子效應(yīng)。而?；騽t通過觀察彩色玻璃的制造過程發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)。這兩位研究者的工作為量子點(diǎn)的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。

和量子點(diǎn)一樣，彩色玻璃也通過其中細(xì)小的納米顆粒來呈現(xiàn)顏色——只不過掌握了制作工藝的古代人對(duì)背后的原理并不了解 | 圖蟲創(chuàng)意

而莫吉·巴旺迪（Moungi G. Bawendi）的成就則在于找到了能夠大量、高質(zhì)量生產(chǎn)量子點(diǎn)的便捷方法。這一點(diǎn)對(duì)于量子點(diǎn)最終走向應(yīng)用也非常重要，因?yàn)榱孔狱c(diǎn)發(fā)光的效果非常依賴準(zhǔn)確的顆粒尺寸，尺寸稍有變化或晶體產(chǎn)生缺陷，它的效果就會(huì)受到影響。

參考文獻(xiàn)

[1] https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2023/press-release/

作者：窗敲雨

封面圖來源：Wikipedia

在過去的3天，果殼依次解讀了3個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)獎(jiǎng)項(xiàng)。快戳這里復(fù)習(xí)??

點(diǎn)擊圖片進(jìn)入歷年諾貝爾獎(jiǎng)解讀合集

關(guān)鍵詞：