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中青報·中青網(wǎng)記者 魏其濛

北京時間10月4日，諾貝爾獎官方網(wǎng)站公布，2023年諾貝爾化學(xué)獎頒發(fā)給蒙吉·G·巴文迪（Moungi G. Bawendi）、路易斯·E·布魯斯（Louis E. Brus）和阿列克謝·伊基莫夫（Alexey I. Ekimov），以表彰他們“發(fā)現(xiàn)和合成量子點”。

據(jù)諾貝爾獎官方網(wǎng)站介紹，量子點是一種通常僅由幾千個原子組成的晶體，就大小而言，它與足球的比例就相當于足球與地球的比例?！傲孔狱c具有許多令人著迷且不尋常的特性。重要的是，它們根據(jù)大小而具有不同的顏色?！敝Z貝爾化學(xué)委員會主席約翰·克維斯特（Johan ?qvist）說。

物理學(xué)家們早就知道，理論上，不同尺寸的納米粒子可能會出現(xiàn)相應(yīng)的量子效應(yīng)。但很少有人相信這一理論會應(yīng)用于實踐。得益于2023年諾貝爾化學(xué)獎得主們對納米世界的探索，量子點如今已出現(xiàn)在計算機和電視屏幕等產(chǎn)品中，并應(yīng)用于物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

20世紀70年代末，剛畢業(yè)的博士阿列克謝·伊基莫夫開始在蘇聯(lián)的圣彼得堡Vavilov國家光學(xué)研究所工作。根據(jù)當時物理學(xué)界的知識背景，“同一種物質(zhì)可以制造不同顏色的玻璃”，引起了他的研究興趣。于是，伊基莫夫運用光學(xué)方法來檢查彩色玻璃，經(jīng)過實驗他發(fā)現(xiàn)，不同尺寸的玻璃樣品吸收光的情況不同：顆粒越小，吸收的光越藍。他很快意識到，他觀察到了與尺寸相關(guān)的量子效應(yīng)。

1981年，伊基莫夫在蘇聯(lián)的科學(xué)期刊上發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)，這是科學(xué)家首次成功制造出量子點。

但當時，路易斯·布魯斯并不知道這一發(fā)現(xiàn)。1983年，他首次在溶液中發(fā)現(xiàn)了自由漂浮的粒子具備尺寸依賴性的量子效應(yīng)。和伊基莫夫一樣，他發(fā)現(xiàn)硫化鎘的顆粒越小，吸收的光越藍。

為什么物質(zhì)的吸光度偏向藍色這一發(fā)現(xiàn)很重要？事實上，光學(xué)性質(zhì)的變化能證明這種物質(zhì)的特性完全改變了。物質(zhì)的電子不但控制其光學(xué)特性，還控制其他特性，如催化化學(xué)反應(yīng)或?qū)щ娔芰?。因此，研究人員可以根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)開發(fā)全新的材料。

然而，研究人員當時還無法制造出尺寸大致相同的量子點。這正是蒙吉·巴文迪要解決的問題。

巴文迪于1988年開始在路易斯·布魯斯的實驗室從事博士后工作，進行了大量改進生產(chǎn)量子點方法的嘗試，取得了一些進展。隨后，他在美國麻省理工學(xué)院擔任研究負責人，繼續(xù)努力生產(chǎn)更高質(zhì)量的納米粒子。1993年，他和研究團隊取得了重大突破，制造出了特定尺寸的納米晶體。這種納米晶體幾乎是完美的，能夠產(chǎn)生獨特的量子效應(yīng)。由于生產(chǎn)方法簡單，越來越多的化學(xué)家開始研究納米技術(shù)和量子點的獨特性質(zhì)。

30年后的今天，量子點已成為納米技術(shù)的重要工具，并出現(xiàn)在商業(yè)產(chǎn)品中。量子點的發(fā)光特性被用于基于QLED技術(shù)的計算機和電視屏幕，其中Q代表量子點，量子點被用于改變部分藍光的顏色，將其轉(zhuǎn)換為紅色或綠色。量子點發(fā)出的光也可用于生物化學(xué)和醫(yī)學(xué)，生物化學(xué)家將量子點與生化分子相連接，以便繪制細胞和器官圖譜；化學(xué)家利用量子點的催化特性來驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)。

研究人員認為，量子點還有更大的潛力：未來，量子點可用于柔性電子產(chǎn)品、微型傳感器、更纖薄的太陽能電池以及加密量子通信等。

【責任編輯：邱晨輝】