解释:什么是量子点,化学诺贝尔奖背后的微小晶体

大公司日报作者 / 世界之声 / 2025-08-03 01:34
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      量子点最常见的日常应用可能是“QLED”电视(代表性)。  巴黎:  量子点是一种微小的晶体,科学家们可以将其调整

  

  

Explained: What Are Quantum Dots, The Tiny Crystals Behind Chemistry Nobel Prize

  量子点最常见的日常应用可能是“QLED”电视(代表性)。

  巴黎:

  量子点是一种微小的晶体,科学家们可以将其调整成不同的颜色,给下一代电视屏幕带来特别生动的画面,或者照亮体内的肿瘤,以便外科医生找到它们。周三,三位科学家获得了诺贝尔化学奖,以表彰他们的工作,他们将20世纪30年代首次提出的理论变成了现实,如今在世界各地的客厅里占据了最重要的位置。

  量子点半导体粒子只是人类头发宽度的1000。1937年,物理学家赫伯特·弗莱希(Herbert Froehlich)预言,一旦粒子足够小——即所谓的纳米粒子——它们就会受到量子力学的奇特魔力的影响。

  为了解释这种量子现象,美国化学学会主席朱迪思·乔丹说,“把它想象成一个小盒子”。

  她告诉法新社,当粒子缩小到足够小时,电子“会撞到盒子的侧面”。

  在一个更大的盒子里,电子撞击侧面的频率更低,这意味着它们的能量更少。

  对于量子点,较大的盒子发出红光,而较小的盒子发出蓝光。

  这意味着,通过控制粒子的大小,科学家们可以把他们的晶体变成红色、蓝色和介于两者之间的任何颜色。

  伦敦帝国理工学院量子点专家利亚·弗雷内特告诉法新社,研究这种纳米材料就像“整天看彩虹”。

  但在Froehlich的预测之后的40年里,才有人能够真正观察到这种现象。

  在20世纪80年代早期,俄罗斯出生的物理学家阿列克谢·埃基莫夫(Alexei Ekimov)——周三的新获奖者之一——熔化了彩色玻璃,并用x射线照射了结果。

  他注意到较小的粒子更蓝,也认识到这是一种量子效应。

  但由于是玻璃,这种材料不容易操作,而且发表在苏联科学期刊上意味着很少有人注意到。

  几乎在同一时间,在美国,另一位新获奖者路易斯·布鲁斯(Louis Brus)——没有注意到艾基莫夫的工作——成为第一个在液体溶液中发现这种彩色量子效应的人。

  诺贝尔委员会成员约翰·阿奎斯特说:“很长一段时间以来,没有人认为你可以真正制造出如此小的粒子,但今年的获奖者成功了。”

  “然而,要让量子点变得真正有用,你需要能够在溶液中制造它们,并精确控制它们的大小和表面。”

  第三位新的诺贝尔奖得主,出生于法国的蒙吉·巴文迪,于1993年在麻省理工学院的实验室里找到了一种方法。

  通过精确控制一种被称为胶体的液体颗粒混合物的温度,Bawendi能够将纳米晶体生长到他想要的尺寸,为大规模生产铺平了道路。

  量子点最常见的日常应用可能是“QLED”电视。

  法国凝聚态化学研究所所长西里尔·艾莫尼尔告诉法新社,纳米晶体“提高了屏幕的分辨率,并能更长时间地保持颜色的质量”。

  医生们还利用这种明亮的荧光来突出病人体内的器官或肿瘤。

  Frenette说,她正在研究诊断测试,将这些点作为医学样本中疾病的“小信标”。

  一个问题是,大多数量子点是用镉制成的,镉是一种有毒的重金属。

  Aymonier和Frenette都表示,他们正在研究无毒的量子点。

  在未来,量子点有可能使太阳能电池的效率翻倍,乔尔丹说。

  她解释说,它们奇怪的量子能力可以产生比现有技术多两倍的电子。

  “这太神奇了,因为我们正在接近当前太阳能材料的极限,”她补充说。

  虽然量子点被认为是科学的前沿,但人们可能已经在不知情的情况下使用了几个世纪。

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  据科学家称,早在10世纪,彩色玻璃窗上的红色和黄色表明,当时的艺术家无意中利用了导致量子点的技术。

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