科技日報記者 張夢然
什么是量子點？量子點是非常微小的納米粒子，它們的大小決定了其性質。對于這些微小組成部分，我們其實并不陌生——從電視和LED燈發出的光線，到指導外科醫生切除腫瘤組織，以及許許多多其他事情。
量子點是?種通常僅由幾千個原子組成的晶體。就大小而言，它與足球的關系就像足球與地球大小的關系?樣。圖片來源：Johan Jarnestad/瑞典皇家科學院
每個研究化學的人都知道，元素的性質取決于它擁有的電子數量。然而，當物質縮小到納米尺寸時，就會出現量子現象。2023年諾貝爾化學獎的獲得者們成功地制造出了這些超級小的粒子，其特性由量子現象決定。這種被稱為量子點的粒子，現在在納米技術中非常重要。
你可能不知道，微觀世界有多“彩色”
電影《綠野仙蹤》中，一場強大的龍卷風席卷了多蘿西的房子，她暈倒在床上，但當房子再次著陸、她抱著狗狗托托走出門外時，一切都改變了——她進入了一個神奇的彩色世界。
如果和電影中一樣，一場魔法龍卷風也能席卷我們的生活并將一切縮小到納米尺寸，那我們必然也會像奧茲國的多蘿西一樣萬分驚訝。因為僅僅一眼望去，我們的周圍就會和以往完全不同，一切都會變得五光十色：一個小小的金耳環可能會突然發出藍色的光芒；同樣材料的金戒指則會發出紅寶石樣的光芒；如果我們嘗試使用燃氣灶煎東西，煎鍋可能會融化；家里的白色墻壁（其油漆中含有二氧化鈦）則會不停產生大量活性氧。
量子點為我們創造彩色光提供了新的機會。圖片來源：Johan Jarnestad/瑞典皇家科學院
幾十年來，納米世界的量子現象只有預測
上面的異想場景告訴我們，在納米世界中，事物的行為確實有所不同。一旦物質的大小開始以百萬分之一毫米為單位來測量，奇怪的現象——量子效應，就會開始出現，挑戰我們的直覺。
2023年諾貝爾化學獎得主們，正是探索納米世界的先驅。
科學家其實很早就知道，理論上納米粒子中可能會出現與尺寸相關的量子效應。早在1937 年，物理學家就已預測納米粒子的行為不會像其他粒子一樣。無數科學家為此著迷，并利用數學工具成功地預測了許多與尺寸相關的量子效應，他們還努力嘗試在現實中展示它們，但這說起來容易做起來難，因為他們需要“雕刻”一個比針頭小一百萬倍的結構。
在當時，幾乎不可能在納米尺寸上完成這一“雕刻”。因此也很少有人相信這些知識會被付諸實踐。
然而，在20世紀80年代初，阿列克謝·?；?/span>成功地在有色玻璃中創造出依賴于尺寸的量子效應，其顏色來自氯化銅納米顆粒，他的研究證明：顆粒尺寸會通過量子效應影響玻璃的顏色。
幾年后，路易斯·布魯斯成為世界上第一位證明流體中自由漂浮粒子的尺寸也依賴量子效應的科學家。
到了1993年，蒙吉·巴文迪徹底改變了量子點的化學生產方式，產生了近乎完美的粒子，而這種高質量密切關系到其實際應用。
在未來，納米技術將更重要
“量子點具有許多迷人且不尋常的特性。重要的是，它們根據尺寸的不同而具有不同的顏色。”諾貝爾化學委員會主席約翰·克維斯特說。
圖片來源：Johan Jarnestad/瑞典皇家科學院
現在，量子點照亮了基于QLED技術的計算機顯示器和電視屏幕，它們還為一些LED燈的光線增添了細微差別，生物化學家和醫生則可使用它們繪制出生物組織圖。
可以說，量子點正在為人類帶來更多的福祉。研究人員相信，未來它們可為柔性電子產品、微型傳感器、更薄的太陽能電池和加密量子通信作出巨大貢獻。
而人類才剛剛開始探索這些微小顆粒的潛力。
