量子点：电子“蜗居”，纳米崭露头角

 
 
量子点：电子“蜗居”，纳米崭露头角  
 

 

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2023年诺贝尔化学奖获得者：美国麻省理工学院教授蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi)、美国哥伦比亚大学教授路易斯·E·布鲁斯(Louis E. Brus)和美国纳米晶体技术公司前首席科学家阿列克谢·伊基莫夫(Alexei I. Ekimov)

量子点像是电子“蜗居”的监狱——纳米监狱。

一根头发丝直径的5万分之一约是1纳米，大约是氢原子的直径的10倍。

目前已经被应用到高清显示器和电脑屏幕上提供绚丽色彩的量子点，是一种纳米尺度的材料、微晶体和“人造原子”。

因其独特的光学和理化特性，量子点还有望广泛应用于医学诊断、柔性电子器件、太阳能电池、加密量子通信等领域。

中国科学院物理研究所研究员梁文杰现任该所纳米物理与器件实验室N05单分子和纳米结构电子输运研究组组长。10月4日晚，他向澎湃科技表示，迄今，人们还没有发现天然的量子点。

在微信朋友圈里，梁文杰写道，“如果自然没有展现某种性质的材料，人类也可以遵循自然法则自己创造出来，此思想之重要不亚于发明轮子。”“从超晶格到量子点到转角材料，基于人工能带和电子关联调控指导思想下的人造材料大放异彩。”

袁岚峰是中国科学院科学传播研究中心副主任，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，科技与战略风云学会会长。

4日晚，袁岚峰向澎湃科技表示，除了现实生活中的应用潜力，量子点在理论认知层面还极具价值，它带来的最大启示是揭示了元素周期表的“第三维”。而它带来的创新是，发现了调控材料特性的新方法。

北京时间10月4日17时45分许，瑞典皇家科学院宣布，将2023年诺贝尔化学奖授予美国麻省理工学院教授蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi)、美国哥伦比亚大学教授路易斯·E·布鲁斯(Louis E. Brus）和美国纳米晶体技术公司前首席科学家阿列克谢·伊基莫夫(Alexei Ekimov)，以表彰他们在发现和合成量子点（quantum dots）方面作出的贡献。

“量子点可以被看作是整个纳米技术领域的一个里程碑。”纳米物理学教授、诺贝尔化学奖委员会成员、瑞典皇家科学院院士海纳·林克（Heiner Linke）说。

不那么“化学”的化学奖？

对于2023年诺贝尔化学奖，有人认为，量子点研究不是那么“纯粹”的化学研究，而更近于物理学范畴。

对此，梁文杰表示，这个奖项是纳米科学领域久久期待的一个诺贝尔奖。“实际上，如果颁在诺贝尔物理奖里面，一点儿问题都没有。因为这是人类调控材料性能的一个巨大突破，是人工材料领域的一个重要里程碑。但是，发在化学奖里也没问题，因为它提供了一个实现大规模合成量子点的化学技术。它的确不是对化学反应或化学动力学更深地理解，而是通过化学的方式，为纳米技术的发展奠定基础，并取得了巨大的突破。”

梁文杰向澎湃科技表示，理论上有突破，发现了一种量子限域效应，并给予解释；以及大规模制备技术，使得这种量子限域效应能为人所用，他认为这是量子点成就的两个亮点。而更大意义是激发了人们的想象力，并带来了材料性能设计的新维度。

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量子点（示意图，左）是纳米尺度的微晶体，通常由数千个原子组成

纳米尺度的“雕刻” 和“蜗居”的电子

量子点通常是由数千个原子组成纳米微晶体。