近年來出現(xiàn)了一種QLED電視機。QLED是量子點發(fā)光二極管的意思，它是一種融合了量子物理學的先進顯示技術。量子點不僅能夠呈現(xiàn)出更為鮮艷、逼真的色彩，還能夠實現(xiàn)更高的對比度和更深的黑色表現(xiàn)，使得QLED電視機在畫質上有了質的飛躍。量子點的應用像是一扇通往未來的大門，也為太陽能電池、生物醫(yī)學成像等領域的發(fā)展提供了新的可能。

子點是一種微小的納米顆粒，其尺寸僅為幾納米到幾十納米，擁有獨特的發(fā)光性質。來自俄羅斯的阿列克謝·葉基莫夫、美國的路易斯·布魯斯和蒙吉·巴文迪三位科學家，各自在量子點的研究和應用上取得了卓越的成就。葉基莫夫和布魯斯分別獨立地合成了量子點，為QLED技術的誕生奠定了基礎。巴文迪則更進一步，他開發(fā)了一種高效、可規(guī)?；牧孔狱c生產方法，使得量子點能夠廣泛應用于各種顯示設備中。這三位科學家的貢獻，不僅體現(xiàn)在他們的研究成果上，更在于他們推動了量子點在科技領域的應用，為人類社會的進步做出了巨大的貢獻。他們因此榮獲2023年諾貝爾化學獎。

什么是量子點

用圓珠筆的筆尖在一張白紙上輕輕一觸，一個不起眼的小黑點就出現(xiàn)了，它的直徑往往不足1毫米。然而，量子點比紙上這個小黑點還小得多，通常為2～20納米。一個量子點與一個足球的對比，猶如足球與地球的對比。量子點如此之小，以至于它的存在仿佛是在挑戰(zhàn)我們對尺寸的感知。

盡管如此，量子點并非真正的點，它呈球形或類球形，由數千個原子構成。作為一種半導體納米材料，它被稱為半導體納米晶體。那么，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，包括尺寸效應、隧道效應、表面效應等。

這些量子效應如同一道神奇的科學魔法，可以改變量子點的電子狀態(tài)，使它呈現(xiàn)出不同的物理狀態(tài)。當量子點受到光或電場的激發(fā)時，它會因量子效應而像一顆閃爍的星星一樣，發(fā)出特定顏色的光。這些量子點就像一個個小小的燈塔，只要我們掌握了正確的指令，就能讓它們發(fā)出各種顏色的光。

舉例來說，我們看到的金戒指是金黃色的，但如果用黃金來制造量子點，它們會因尺寸不同而呈現(xiàn)其他的顏色。比如，有的可能反射出幽幽藍光，有的則可能散發(fā)十分迷人的紅寶石光芒。想象一下，那是一場多么神奇的視覺盛宴！

誰發(fā)現(xiàn)了量子點

早在1937年，英國物理學家弗勒利希提出了一個有名的預言：把物質不斷縮小，其光學特性會經歷翻天覆地的變化。這個神奇的預言一經提出，就讓一些科學家如癡如醉，他們決定通過實驗來實現(xiàn)這個神奇的預言。然而，擺在他們面前的難題如同一座難以翻越的大山，因為要實現(xiàn)這個預言，就必須制作出只有百萬分之一針尖大小的半導體納米材料，這在當時的技術條件下幾乎是不可能的。

到了1981年，半導體納米材料的研究迎來了重大突破。葉基莫夫巧妙地利用含有氯化銅的彩色玻璃來展開對納米材料的研究。他將多片玻璃分別加熱、熔融，并對不同的玻璃采用了不同的加熱溫度和時間。玻璃冷卻并硬化后，他利用X射線對其內部進行檢查。結果表明，玻璃內部形成了微小的氯化銅納米晶體，這些晶體的直徑從2納米到30納米不等。這些不同尺寸的納米晶體如同彩虹一般，賦予了玻璃千變萬化的顏色。他將這些晶體命名為“量子尺寸效應晶體”，后來科學界認識到這其實就是最早發(fā)現(xiàn)的量子點。

此外，葉基莫夫還如同探尋寶藏的冒險家，發(fā)現(xiàn)了一種新型的半導體量子點材料。這種材料具有令人驚嘆的光學性能和穩(wěn)定性，如同繁星閃爍在科學之海中。這項發(fā)現(xiàn)如同助推火箭一般，推動了量子點技術的發(fā)展，同時也為高效能源轉換和高分辨率顯示器等領域的創(chuàng)新提供了新的可能性。

從理論走向應用

量子點的“種子”由葉基莫夫播下，布魯斯則讓它“開花”。1983年，布魯斯制造出尺寸為納米級的硫化鎘膠體，并將其命名為“膠狀量子點”，這是科學家首次提出了“量子點”的概念。布魯斯以其敏銳的洞察力，不僅關注量子點的構造，更深入探索了其表面化學的奧秘，發(fā)現(xiàn)了量子點的穩(wěn)定性和可控性。這些發(fā)現(xiàn)為量子點的應用提供了更好的設計和優(yōu)化策略。

除了對量子點合成方法的研究，布魯斯還深入探索了量子點的光學、電子和磁學性質，為理解量子點的基本物理和化學性質提供了重要依據。他的研究不僅推動了量子點領域的發(fā)展，也為其他領域如生物醫(yī)學、光電子學等提供了新的思路和方法。

布魯斯在接受媒體采訪時說：“科學家成功的秘訣在于，這個研究項目不僅是你的工作，也是你的愛。即便是在不用上班的周六日，你都會有動力去工作，因為你真的很想取得進展?？偟膩碚f，你不必成為天才，但你必須學會堅持，并不斷嘗試以及詢問他人，不斷地學習?！?/p>

布魯斯如同園丁一般，精心呵護量子點這個新生的“科學之花”，希望它能夠茁壯成長。他鼓勵學生選擇自己真正熱愛的學科，不要因為將來的薪水而迫使自己學習不喜歡的學科。他的言傳身教，仿佛細雨潤物無聲，讓年輕的心靈得以遵循自己的興趣和熱情去探索世界。如今，他的不少學生都成為量子點研究領域的專家。

讓量子點結出“累累碩果”的則是布魯斯的學生巴文迪。巴文迪是一位著名化學家，也是美國麻省理工學院的化學教授。他是膠體量子點研究領域的先驅之一，對納米晶體，特別是半導體納米晶體的科學和應用做出了重大的貢獻。巴文迪在布魯斯的思路基礎上，發(fā)展了“金屬有機—配位溶劑—高溫”量子點合成路線，這一方法能夠制備出尺寸均一、熒光性能優(yōu)異的量子點，為量子點的實際應用提供了可能。

1993年，巴文迪率領研究團隊向量子點技術難點發(fā)起攻關，他們將能夠形成納米晶體的物質，注入一定溫度的特殊溶劑中，精準控制溶液的飽和度，從而生成非常微小的晶體，再通過調溫，使其形成個頭勻稱的量子點。這一方法簡單高效，讓更多科研人員有機會探索量子點的特性和潛在應用。巴文迪的研究重點是開發(fā)新的納米晶體和納米晶體異質結構的組成和形態(tài)，以及新的配體，使得納米晶體可以被納入混合有機/無機器件或生物系統(tǒng)中。他的研究成果包括“智能”納米晶體，這些納米晶體可以感知分析物的物理特性和化學特性，比如濃度和pH值，這對于跟蹤腫瘤生存的微環(huán)境非常重要。

此外，巴文迪的工作還包括系統(tǒng)地表征尺寸、形態(tài)、電荷和其他表面組成等特性對納米晶體應用的影響。他的研究對于設計基于電量子點驅動的光發(fā)射器、激光器、光電探測器和光伏電池等設備至關重要。因此，巴文迪的貢獻不僅體現(xiàn)在他的研究成果上，更在于他推動了量子點在科技領域的應用，為人類社會的進步做出了巨大的貢獻。

量子點有什么用

三位獲獎科學家的研究各具特色，但殊途同歸的是，他們共同推動了量子點技術的發(fā)展，將其從實驗室推向實際應用，為電子科技的發(fā)展提供了新的思路。他們的成就，正是科學探索無盡可能性的最好體現(xiàn)。

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。大約在2002年前后，量子點開始進入產業(yè)化探索階段，領跑者便是電視產業(yè)。在量子點技術的加持之下，電視屏幕的色彩變得豐富多彩、栩栩如生。此后，QLED高清電視應運而生，為用戶帶來了前所未有的逼真視覺體驗。

除了電視領域，量子點顯示技術已經廣泛應用在手機、電腦等電子產品中。未來，隨著元宇宙、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等先進技術的飛速發(fā)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(yōu)質的視覺體驗。

量子點材料不僅在顯示技術中有著廣泛的應用，它的光學特性還為生物化學、醫(yī)藥等領域的探索提供了新的思路。未來，量子點有望在柔性電子產品、微型傳感器、超薄型太陽能電池等領域發(fā)揮更大的作用，甚至可能改變加密量子通信的質量。

近年來，中國科學家在量子點的研究成果亦可圈可點。特別是在量子點合成、量子點發(fā)光二極管、量子點病毒標記、鈣鈦礦量子點顯示應用等研究方向，中國科學家取得了引領性的原創(chuàng)成果。比如，2014年，浙江大學的彭笑剛教授等人在《自然》（Nature）雜志上報道了接近理論效率的紅光QLED器件。此后，中國科學家在QLED領域持續(xù)努力，持續(xù)提升器件性能。又比如，北京理工大學的鐘海政教授等人是國際上最早開展鈣鈦礦量子點的一批研究人員，他們分別在鈣鈦礦量子點的光致發(fā)光和電致發(fā)光應用方面做出了具有代表性的研究工作。

三位獲獎科學家在量子點技術方面的成就，是全人類科技進步的一部分，他們的發(fā)現(xiàn)將引領我們進入一個全新的科技時代。正如諾貝爾頒獎詞中所說：探索量子點的潛力才剛剛起步，前途充滿光明！在這個科技飛速發(fā)展的時代里，我們每一個人都是見證者和參與者。讓我們一起期待著更多的科技突破，一起迎接一個更美好的未來！

獲獎者簡介

阿列克謝·葉基莫夫（Alexei Ekimov），俄羅斯物理學家，1945年2月出生于蘇聯(lián)，1967年畢業(yè)于圣彼得堡國立大學，1968年任蘇聯(lián)科學院艾菲物理技術研究所研究員，1977年任瓦維洛夫國立光學研究所研究員，1999年移居美國，后任納米晶體技術公司首席科學家。

路易斯·布魯斯（Louis Brus），美國化學家，1943年8月出生于美國，1965年獲萊斯大學學士學位，1969年獲哥倫比亞大學博士學位，1973年任貝爾實驗室技術人員，1996年至今任哥倫比亞大學化學系教授。

蒙吉·巴文迪（Moungi G.Bawendi），美國化學家，1961年3月出生于法國巴黎，1982年獲哈佛大學學士學位，1988年獲美國芝加哥大學博士學位，1990年進入麻省理工學院任教，1995年任麻省理工學院副教授，1996年至今任麻省理工學院教授。