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中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 魏其濛

北京時(shí)間10月4日，諾貝爾獎(jiǎng)官方網(wǎng)站公布，2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C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(diǎn)”。

據(jù)諾貝爾獎(jiǎng)官方網(wǎng)站介紹，量子點(diǎn)是一種通常僅由幾千個(gè)原子組成的晶體，就大小而言，它與足球的比例就相當(dāng)于足球與地球的比例?！傲孔狱c(diǎn)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。”諾貝爾化學(xué)委員會(huì)主席約翰·克維斯特（Johan ?qvist）說(shuō)。

物理學(xué)家們?cè)缇椭溃碚撋?，不同尺寸的納米粒子可能會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的量子效應(yīng)。但很少有人相信這一理論會(huì)應(yīng)用于實(shí)踐。得益于2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主們對(duì)納米世界的探索，量子點(diǎn)如今已出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)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(jì)70年代末，剛畢業(yè)的博士阿列克謝·伊基莫夫開(kāi)始在蘇聯(lián)的圣彼得堡Vavilov國(guó)家光學(xué)研究所工作。根據(jù)當(dāng)時(shí)物理學(xué)界的知識(shí)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(yùn)用光學(xué)方法來(lái)檢查彩色玻璃，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)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(lán)。他很快意識(shí)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(diǎn)。

但當(dāng)時(shí)，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(lài)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(lán)。

為什么物質(zhì)的吸光度偏向藍(lán)色這一發(fā)現(xiàn)很重要？事實(shí)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(kāi)發(fā)全新的材料。

然而，研究人員當(dāng)時(shí)還無(wú)法制造出尺寸大致相同的量子點(diǎn)。這正是蒙吉·巴文迪要解決的問(wèn)題。

巴文迪于1988年開(kāi)始在路易斯·布魯斯的實(shí)驗(yàn)室從事博士后工作，進(jìn)行了大量改進(jìn)生產(chǎn)量子點(diǎn)方法的嘗試，取得了一些進(jìn)展。隨后，他在美國(guó)麻省理工學(xué)院擔(dān)任研究負(fù)責(zé)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(tuán)隊(duì)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(dú)特的量子效應(yīng)。由于生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，越來(lái)越多的化學(xué)家開(kāi)始研究納米技術(shù)和量子點(diǎn)的獨(dú)特性質(zhì)。

30年后的今天，量子點(diǎn)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(diǎn)的發(fā)光特性被用于基于QLED技術(shù)的計(jì)算機(jī)和電視屏幕，其中Q代表量子點(diǎn)，量子點(diǎn)被用于改變部分藍(lán)光的顏色，將其轉(zhuǎn)換為紅色或綠色。量子點(diǎn)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(diǎn)與生化分子相連接，以便繪制細(xì)胞和器官圖譜；化學(xué)家利用量子點(diǎn)的催化特性來(lái)驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)。

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

【責(zé)任編輯：邱晨輝】