武大教授解读诺贝尔化学奖:量子点是半导体颗粒..
来源：倍可亲(backchina.com)当地时间10月4日，瑞典皇家科学院宣布，将2023年诺贝尔化学奖授予蒙吉·巴文迪、路易斯·布鲁斯和阿列克谢·叶基莫夫，以表彰他们在发现和合成量子点方面所作出的贡献。瑞典皇家科学院常任秘书汉斯·埃勒格伦当天在皇家科学院会议厅公布了获奖者名单及主要成就。他说，今年获化学奖的研究成果为纳米技术“播下了重要的种子”。
2023年诺贝尔化学奖得主（图源：科学网）
那么，什么是“量子点”？它在现实生活中都有哪些应用？10月4日晚，极目新闻记者采访到武汉大学化学系教授、博士生导师李振，采取问答方式，对今年的诺贝尔化学奖进行解读。
记者：何为“量子点”？
答：量子点是纳米量级大小的半导体粒子，有时也被称为“人造原子”或“量子点原子”，是20世纪90年代提出来的一个新概念，也是纳米技术的核心。由于量子点的尺寸接近电子的德布罗意波长，因此量子点中的电子和空穴受到空间限制，形成了类似于原子的能级结构，这就是量子限域效应。由于量子限域效应，量子点的性质介于大块半导体和离散原子或分子之间，量子点的能隙和发光波长与其尺寸和形状有关，因此可以通过调节量子点的尺寸和形状来实现对其光谱特性的精确控制。
量子点大小比例示意图（图源：澎湃新闻）
记者：这个点现实中存在吗？
答：量子点是人工合成的，自然界中未见报道。量子点是一种非常小的半导体颗粒，只有数十个或几百个原子，其大小通常在1纳米到20纳米之间。随着科技的不断发展，量子点的尺寸范围也在不断扩大，目前已经可以制备出大约100纳米大小的量子点。1纳米是10-9米，作为对比，头发丝的直径是大约是0.1毫米，也就是10-4米。10纳米量子点的直径是头发丝直径的万分之一。
记者：所有物质都有这样一个量子点吗？
答：并不是所有物质都能形成量子点。根据组成量子点主要元素的不同，可以将量子点分为硅量子点、锗量子点、硫化镉量子点、硒化镉量子点、碲化镉量子点、硒化锌量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点、磷化铟量子点以及砷化铟量子点等。
量子点的光电性质会随着尺寸和形状的变化而变化，直径为5-6纳米的大量子点发射出更长波长的荧光，如橙光或红光；较小的量子点（2-3纳米）发射较短波长的光，产生像蓝光和绿光这样的颜色的光。
量子点呈现不同颜色（图源：澎湃新闻）
记者：这种材料在现实中有哪些应用？
答：由于结构高度可调的特性，量子点受到广泛关注。量子点的潜在应用包括但不限于单电子晶体管、太阳能电池、发光二极管、激光、单光子源、量子计算、细胞生物学研究、显微镜以及医学成像。
光驱动可编程胶体自组装新机制示意图（与本事件无关，图源：科技日报）
目前已经有性能优异的商用量子点电视面世。量子点电视是应用了量子点技术背光源的电视，是液晶电视的一种。与传统液晶显示器的不同在于，量子点显示器使用的是蓝色LED光源，蓝色LED光经过相应量子点之后，被分别转化成红光或者绿光，再加上空白像素直接显示的蓝光，便有了红、绿、蓝的RGB光，进而组合出所需要的各种颜色。
量子点还能当作探针使用，目前量子点荧光探针已经发展得很成熟。其原理是基于量子点的荧光性质，量子点是一种半导体，容易与其他分子结合。因此，通过改变量子点表面化学性质，可以使其选择性地与特定分子结合，从而达到特定的检测目的。
生产量子点的示意图（图源：瑞典皇家科学院）
记者：本届物理学奖是研究阿秒激光的，化学奖这个量子点也是研究电子的，二者有何相似之处与不同之处？
答：阿秒激光，是一种在阿秒（10-18 秒）时间尺度上闪烁的激光。通过阿秒激光，科学家们可以像看电影的慢动作回放一样，观察电子在原子内部的运动，探究它们之间的交互作用。量子点主要研究材料在纳米尺度的光电性质，二者研究领域并不相同。
量子点的研究中涉及合成、性能表征与应用等，大部分是化学家研究完成，因此要归类到化学奖。这三位科学家的研究工作开创了一个全新的领域，此次获奖确实是众望所归。
