2023年諾貝爾化學(xué)獎揭曉 什么是量子點？

來源：央視新聞客戶端

如今許多人在家用QLED（量子點發(fā)光二極管）電視觀看色彩逼真的影片，其中的量子點就是剛剛公布的諾貝爾化學(xué)獎研究成果。量子點這種納米級材料不但為液晶顯示技術(shù)帶來質(zhì)的飛躍，它在光學(xué)等方面的特性也為研究人員在生物化學(xué)、醫(yī)藥等領(lǐng)域“探照”出更多潛在的應(yīng)用路徑。

瑞典皇家科學(xué)院10月4日宣布，將2023年諾貝爾化學(xué)獎授予蒙吉·巴文迪、路易斯·布魯斯和阿列克謝·葉基莫夫，以表彰他們在發(fā)現(xiàn)和合成量子點方面所作出的貢獻。

量子點是一類非常小的納米尺度顆粒，也被稱為半導(dǎo)體納米晶。一個量子點通常只由數(shù)千原子組成，如果要形象描述它的“小”，可以想象一個量子點與一個足球的對比，正如足球與地球的對比。

量子點的特殊結(jié)構(gòu)和尺寸，使其內(nèi)部電子運動受限，從而影響其光學(xué)性質(zhì)，不同尺寸的量子點會發(fā)出不同顏色的光。科學(xué)界早就在理論上認為可以通過調(diào)整量子點的尺寸來實現(xiàn)相應(yīng)的量子效應(yīng)，但如何高效制造出質(zhì)量穩(wěn)定的量子點，困擾了科學(xué)界相當(dāng)長一段時間。

上世紀80年代初，兩位科學(xué)家在量子點研究上取得重要突破。當(dāng)時在蘇聯(lián)科研機構(gòu)工作的阿列克謝·葉基莫夫在玻璃基質(zhì)中合成了量子點，并于1981年在學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表他的成果。美國的路易斯·布魯斯也在膠體溶液中合成了量子點，并于1983年發(fā)表了研究成果。兩位科學(xué)家基于不同的材料體系，都為量子點相關(guān)研究打下堅實基礎(chǔ)。

到了1993年，美國麻省理工學(xué)院的蒙吉·巴文迪在高效合成高質(zhì)量量子點方面取得進一步突破。巴文迪的團隊將能夠形成納米晶體的物質(zhì)注入一種被加熱的特殊溶劑中，并精確控制其中的飽和度，從而生成非常微小的晶體胚。團隊再通過對溶劑溫度的調(diào)整，最終生成了尺寸一致的量子點。這一方法相比以往更簡單高效，讓更多科研人員有機會探索量子點的特性和潛在應(yīng)用。

量子點相關(guān)技術(shù)發(fā)展至今，普通人可能最容易感知或接觸到的應(yīng)用莫過于它為液晶顯示技術(shù)帶來的提升。LED（發(fā)光二極管）背光光源的色彩經(jīng)過量子點技術(shù)的轉(zhuǎn)化，能夠在屏幕上實現(xiàn)更好的紅、綠、藍三基色，帶來更廣的色域，一些廠家已經(jīng)在此基礎(chǔ)上推出QLED電視。隨著元宇宙、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等技術(shù)的發(fā)展，未來各類電子設(shè)備上大大小小的顯示屏也有望在量子點技術(shù)的助力下，給人們帶來更好體驗。

在更專業(yè)的層面，量子點穩(wěn)定的發(fā)光特性使其成為很好的熒光標記材料，在生物監(jiān)測和醫(yī)學(xué)成像方面有良好應(yīng)用前景，醫(yī)生有望借助量子點來高效發(fā)現(xiàn)患者體內(nèi)的腫瘤組織。化學(xué)領(lǐng)域的研究人員可以利用量子點的催化特性來驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)。隨著相關(guān)技術(shù)進一步成熟，量子點有望在更廣闊領(lǐng)域發(fā)揮作用，比如在柔性電子產(chǎn)品、微型傳感器、更薄的太陽能電池和加密量子通信等領(lǐng)域。

正如諾貝爾獎官網(wǎng)介紹材料中所說：“我們才剛剛開始探索量子點的潛力。”