量子點為世界增添奇幻色彩

2023年，瑞典皇家科學院宣布將當年諾貝爾化學獎授予美國麻省理工學院的蒙吉·巴文迪（Moungi G. Bawendi）、美國納米晶體科技公司的阿列克謝·埃基莫夫（Alexei I. Ekimov）和美國哥倫比亞大學的路易斯·布魯斯（Louis E. Brus）三位科學家，以表彰他們為“發現和合成量子點”做出的貢獻。

那么，什么是量子點呢？合成量子點的意義是什么？

什么是量子點

在一張白紙上，用一支圓珠筆的筆尖輕輕一觸，一個不起眼的小點就出現了，它的直徑往往不足1毫米。然而，量子點比紙上這個小點還要小得多，通常為2～20納米，這是什么概念呢？把一個量子點與一個足球對比，就相當于一個足球與地球相比。

事實上，量子點并非真正的“點”，而是“半導體納米晶體”，它呈球形或類球形，由數千個原子構成。那它的名字中為何有“量子”二字呢？這與它的特性有關。就像其他微觀粒子一樣，量子點可以產生量子效應。這些量子效應如同一種神奇的科學魔法，當量子點受到光或電場的激發時，會發出特定頻率的光；而發出的光的頻率會隨著這種半導體尺寸的改變而變化。因此通過調節這種納米半導體的尺寸，我們就可以控制其發出光的顏色，其顏色可以覆蓋從藍光到紅光的整個可見光譜區，并具有色純度高、壽命長、穩定性好等特點。

較大尺寸的量子點發紅光，其直徑通常為7納米（150個原子）左右。發綠光的量子點顆粒直徑約3納米（30個原子）。發藍光的量子點最小，其內核直徑約為2納米（15個原子）；而由于其尺寸太小，量子點顆粒非常脆弱，難以處理，因此在面板顯示技術中對紅色和綠色量子點用得最多。

量子點有什么用

在量子點問世之初，就有學者根據量子點獨特的光電特性預測：它的主要應用將集中在電子與光學領域。在2002年前后，量子點開始進入產業化探索階段，領跑者是電視產業。電視屏幕的色彩，經過量子點技術之轉化，變得豐富多彩，為用戶帶來無比真實的色彩體驗。此后，QLED高清電視應運而生（其中Q代表量子點），在這些屏幕中，利用獲得2014年諾貝爾物理學獎的節能二極管產生藍光。量子點用于改變部分藍光的顏色，將其轉化為紅光或綠光。這樣就可以產生電視屏幕所需的三原色光。

同樣，一些 LED 燈也可以使用量子點來調節二極管的冷光。這樣，光線就可以像日光一樣充滿活力，或者像調暗的燈泡所發出的暖光一樣讓人平靜。

量子點發出的光還可用于生物化學和醫學領域。生物化學家們將量子點附著在生物分子上，繪制出細胞和器官圖。醫生們已經開始研究量子點在追蹤體內腫瘤組織方面的潛在用途。化學家則利用量子點的催化特性來驅動化學反應。

未來，隨著元宇宙、虛擬現實、增強現實等先進技術的飛速發展和廣泛應用，各類電子設備上大大小小的顯示屏或液晶面板，在量子點技術的助力下，將給人們帶來更優質的視覺體驗。

欄目責編：韋春艷