改變光電領域 彩色量子點獲2023年諾貝爾化學獎
編譯／高晟鈞
曾經被認為不可能製造的量子點現已成為電腦顯示器、電視螢幕和LED燈等產品中的常見組件。三位開創這些彩色奈米晶體的科學家——Moungi G. Bawendi、Louis E. Brus 和 Alexei I. Ekimov因為發現和開發量子點而被授予了諾貝爾獎。
量子點是什麼?
量子點是直徑數十個原子的小型半導體珠。一個大頭針的頭上可以容納數十億個半導體珠。量子點擁有優越的光電特性，當受到光照射時，會發出明亮的光。光的顏色由量子點的大小決定。較大的點發出較紅的光；較小的點發出較藍的光。因此，您只需改變量子點的大小即可使其適應特定的光頻率。
量子點開發的歷史
自1930年代以來，物理學家便始終認為奈米尺度的粒子會有不同的行為。這是因為，根據量子力學，當粒子在奈米維度時，電子的空間就會少得多。電子將電子緊密地擠壓在一起，導致材料特性發生巨大變化。1970年代，儘管生成條件十分苛刻，第一個奈米級薄膜依舊誕生了。
玻璃製造商很久以前就意識到他們可以在熔融玻璃中添加銀、金或鎘，改變溫度並控製冷卻過程來製造不同色調的彩色玻璃。科學家後來意識到，顏色是由玻璃內部的微小顆粒產生的，而特定的顏色取決於這些顆粒的大小。
三人對量子點的貢獻
1970年代，Ekimov博士開始以氯化銅為實驗室製造的玻璃著色，冷卻後對所得玻璃進行X光檢查。最終，在實驗室中的第一個量子點誕生了。
Brus博士對硫化鎘奈米顆粒如何捕獲光，並利用該能量驅動化學反應十分感興趣，並就此開始了一連串的實驗。他將直徑僅4.5 nm的硫化鎘顆粒與直徑約 12.5 nm的硫化鎘顆粒進行了比較。並發現較小的奈米顆粒吸收更多的藍光。
Bawendi博士則可謂是三者集大成者。雖然是最晚加入實驗室的科學家，卻發現了控制量子點尺寸的秘密，成功地製造了近乎完美的量子點，就此奈米晶體也終於進入實際應用。
量子點的應用
電視螢幕中的量子點，可以在更廣泛的範圍內產生更準確的色調，同時消耗更少的電力。另一頭，他們還能作為「光伏玻璃窗」的材料之一，使其能夠為住戶收集少量的太陽能。
未來的應用將含括從柔性電子設備、微型感測器到太陽能電池上，甚至，未來的加密量子通訊系統也將成為其綻放光芒的舞台之一。
資料來源:Arstechnica
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