量子点故事

Alexei Ekimov、Louis Brus和Moungi Bowendi三十多年前首次研究量子点时,没有一个预测这些小晶体将产生巨大影响。

与其他人一起工作是纳米科学和纳米技术诞生的一部分量子点已经有数组应用-从Quled电视显示器到医学成像-我们仍在抓取全部潜力的表面

他们真的做了点有创意和独特的事

`当你停下来思考它时,这是一个基础科学开发真正引领商业产品和对未来在相对科学短期内可能发生何事的极大兴奋'说道欧安凯组织化学家英国圣安德鲁斯大学

Ekimov、Brus和Bawendi思想直接产物,吉尔米尔斯通美国匹兹堡大学无机材料化学家超有创意和独特性面积巨大并感到无限的可能性

2023年10月4日Ekimov、Brus和Bawendi因发现和合成量子点联合获诺贝尔化学奖

但他们实现这一点的进展远非直截了当。多年前纳米粒子首次发现它们能够用于实验室和商业设备

量子属性

量子点在1986年由物理学家Mark Reed命名,量子点为纳米大小晶体,半导性由过渡性金属和非金属或甲状物元素组合制成,最常见的镉分解物和镉二叉化物

量子点电子小小-直径2-10m-所有三个空间维度都有量子封存经验改变量子点大小改变属性, 特别是波频度, 意指它们可适应不同颜色最小点会比长波红光发布更多短波蓝光

量子封存原理,也称`粒子箱'问题,在1930年代理论上提出,当时物理家赫伯特·弗罗赫里希率先提出概念,即物质属性可依赖小粒子的宏维度。

Fröhlich探索Schrödinger方程的后果,这表明当粒子变小时,材料电子空间较小,转而电子压缩在一起数十年来 Fröhlich工作后 研究人员提出了量子大小效果的进一步研究

1970年代,研究者成功造纳米结构并证明他们的光学特性因大小而异 — — 但他们的观察与散装材料顶部结构相关,而散装材料本身不能被视为材料。近50年后 Fröhlich预测, 仍然无法获取实验测试

量子封存思想最令人印象深刻和最强的表示思想小于电子波函数后 即开始看到物料变化性能欧美雅斐材料化学家Weizmann以色列科学学院成员实验式展示全然不同球赛

量子点对玻璃

1979年Ekimov实战物理学家Vavilov State光学学院与理论家Alexander Efros一起开始研究半导体激活镜片Schott镜片并开发理论解释颜色

collate粒子生长技术开发于中世纪提供中世纪教堂窗前使用的染色镜片:染色玻璃中发现各种颜色是由于某些金属小粒子、金属氧化物甚至半导体均匀分布

Ekimov想确定颜色镜中共聚粒子的结构和化学组成及其生长机制,因此决定研究单复合件激活玻璃的效果前几例实验基本不成功,但后来研究由氯化铜激活的玻璃

玻璃加热500摄氏度至700摄氏度不等,加热时间从1小时到96小时不等。玻璃冷凝后,X光显示小晶体氯化铜组成玻璃检测结果还发现热处理精确温度和持续时间影响晶体平均大小:在一些玻璃样本中,它们只有约2nm,而在另一些样本中则高达30nm

最重要的是 Ekimov和Efros发现光吸收玻璃受粒子大小影响大粒子吸收光和大宗氯化铜相同方式,小粒子吸收蓝光Ekimov立即理解 所观察到的是量子大小效果

第一次有人成功 刻意制作量子点 纳米粒子 产生大小依赖量子特效Ekimov1981年在苏维埃科学杂志上发布研究结果创举发现的一个限制是,他团队发现的量子点是玻璃中的“冻结式”,除研究光学特性外,无法使用这些点

寻找解决办法

环曲路由距离隔开,美国新泽西州Bell实验室Louis Brus正使用泵-probe Raman光谱学研究镉硫化粒子表面有机化学目的是用太阳能实现化学响应并使用镉硫化物粒子驱动响应,该粒子可捕捉光并使用它的能量

在此期间,Brus观察量子大小效果时几乎不小心发现镉硫化晶体的光学特性在他离开实验室长凳一天后发生了变化。

Brus解释道,数天我第一次制作极小粒子时,带间空白更大.如果你让卷状置置,Ostwald成熟化就会发生,然后它会长到大尺寸,带间空白会变成正常带间空白

brus将小粒子和大粒子的差别归结为量子大小效果,由电子和洞之间的静电交互调节发现后转机研究 完全聚焦这些小粒子并扩展研究 锌硫化物和单极化物, 镉单极化物和银卤化物

强制状态物理不是我的领域,但在数周内我发现这一点很重要,因为问题在于小分子分子行为与大晶体固态行为之间的转换,而这一点并未得到真正理解-化学家理解分子和物理家理解散装晶体-但是它将变得相关

布鲁斯1983年发布他的发现直至下一年,当他阅读Ekimove论文译文时,才知道Efros努力

并用俄文发布无人阅读那些相当隐蔽的俄国日志一开始,我问朋友“有人研究小粒子吗?” 他们说不-他的工作不为人知

寻找论文时,Brus向俄国寄送手写信通知Ekimov和Efros自己的作品,但有段时间他才回信Efros最近告诉我,当我信到达苏维埃联盟时,克格勃来找他们谈话,因为他们为什么和西方科学家有任何联系?

三合会终于能相遇数年后的1990年代Ekimov和Efros获取出境签证访问BrusBell实验室Brus表示:「他非常清楚地看到这些特效或多或少靠他自己工作,

最后一个拼图

Brus和Ekimov发现量子大小效果迄今显示的方法创建量子点不可预测质量和大小,常有缺陷需要可靠和一致综合法

并发合成原创黑魔力这只是一种配方,'Brus回想

之后成为大协作项目 Paul Alivisatos 80年代加入Brus实验室 和Brus的好朋友Mike Stiegerwald 并肩工作使用各种溶剂、温度和技巧测试不同思想

Brus说 : “机构文化让人们互相帮助, 如果你有问题, 你可以去敲门 人谁是真正的专家

拥有理论物理背景的Bawendi1987年在Brus实验室度过暑假,作为研究金的一部分第一次见到Brus、Alivisatos和Stiegerwald 第一次见到量子点世界

Bawendi说道 : 与这三个人同校令人惊奇,即时我写后院时,我申请贝尔实验室.这是一个令人惊异的地方,典型学科间大气.我们常谈科学

那时Bawendi从不做无机化学工作,在此之前也没有特别兴趣做这种工作。但是当他来到Bell实验室时一切都变了

Louis正在做的工作基础量子力学-它太酷了Steigerwald允许我做一些“烹调”[并]与化工在他的实验室玩,那很好,因为我学会我其实喜欢化工

魔瓶

Bawendi重回Bell Labs 1988后院时,Brus仍然不理解他们制造的一些粒子

Louis、Stiegerwald和Paul共同做的是用反小鼠介质小粒子并基本发明用粉末把粒子从溶液中解脱出来之道。 ”然而,他们所制作的粒子是“极端缺陷”,因为晶体结构是在室温形成

Brus表示:「我们一直在寻找更好的粒子,

发现如果你用90摄氏度或4-乙氏度高一点,显示频谱变得极锐利, 波长不变-410nm表示-410nm

但他们创造了什么物种巴温迪负责查

stiegerwald表示道 :Pyridine是一个刘易斯基地, 你实验室里所有刘易斯基地都是什么?除有一瓶酒外魔瓶人谈aha片段 即aha片段

开始时, magicflask中的颜色渐渐变淡, 隔天便出现光线下流频红色红色荧光以前所未见之方式可见光谱之美 — — 是如此尖锐,多么美的窄线,我们以前从未见过,Bawendi说道 。

12月底实验室关闭节日,但当Bawendi返回并试图重构所见时,一无所获猜题后,他去了Stiegerwald公司,建议分析他用过的三叉叉杆喷雾剂瓶数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组比组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组他们发现当它工作时,瓶子停在架子上有段时间,不再像标签上说的那样:它氧化

曾是一个非常非常特殊的时刻

并分量混合并复制.

Bawendi1990年离开Bell实验室担任马萨诸塞理工学院助理教授时,当Brus转手处理硅粒子时,他带项目一起工作。半年多来,Bawendi没有成功

Chris Murray, David Norris和Manoj Nirmal三位前科生,

并描述半导体量子点系统特征默里市现任美国宾夕法尼亚大学化学物科教授

三位学生相聚第一年,默里说:加入第一批翻译思想和远见的工作,这是伟大的经验。 蒙治和路易布鲁斯一起走出工作轨迹.这是一个非常非常特殊的时刻自那以来的扩展完全超出所有想象可探索感真正标志那些头几年

那时,Bawendi花了很多钱购买三叉杆二氧化物的持续供应,直到Murray发现长链版便宜得多并有更高的沸点,从而带来额外利益

热注入法

两年内,随着方法的进一步调整,包括切换先质 — — 即消除反鼠标粉末 — — 终于实现突破:热注入合成

快速向热溶剂注入室温度化学物说明Bawendi即产生核事件,然后温度下降并冲出核圈 突然温度下降导致任何生长停止,但再热到期望温度允许通过Ostwald成熟方式继续受控生长结果是镉分离量点,并有正规核心结构、形状和清晰定义大小

全尺寸序列从实小数组410nm高超到带宽差因为它是镉分离物,从淡黄可见最小粒子到最大粒子深红色所有事情都发生... 你看到量子力学从你眼前形成

1993年,Bawendi及其团队发布热注入合成法制作量子点高质量和一致性大小美国化学学会杂志.方法可调适并可复制,意指它可供其他想使用多种材料系统合成单片纳米粒子者使用

换句话说,他们的工作终于打开开发量子点大规模应用之门

Kay表示:「合成之美在于它现在仍然是量子点合成之大基础,实美应用无机化学合成化学和结晶化化学集成开发真正强健合成实经时间测试

Mathias布鲁斯特一位英国利物浦大学研究金纳米粒子的化学家表示方法为'圣沟'并补充道, 法例表示你可以随意制作任何尺寸,

对Millstone来说 三重功超出合成路径并不只是改善材料, 而是描述物理化学所代表, 显示纳米素材一般代表前沿未知物理特性

数组应用

量子点是最深入研究的纳米半导体结构,并因可调和性能而在不断扩大的商业产品中发现

effe表示:「[田 爆炸量子点的好处是半导体和半导体-光电-所有事都在那里调查研究

应用范围遍及生物医学、催解技术、光电技术、光导体和光检测器,但大多数最著名的应用是在基于量点释放二极管技术的电视和计算机屏幕上应用蓝光使用节能二极管生成获2014物理诺贝尔奖量子点用于改变某些蓝光的颜色,转换成红色或绿色制作电视屏幕需要的三大色光

电子公司三星主要连接量子点和电视SAMSUGE开发技术时投入了大量钱, 以便用在自己的电视上,

技术问题需要解决举个例子,基于镉量点需要替换为高效光源发射器,但不含有此类有毒重金属

并非消费者友好性, 即使它完全受保护,你并不想使用它,并投入了大量钱投入二叉化作镉代用品,这是难制造的材料

量子点数还用在一些LED灯中调整二极管冷光以使它们变暖,更能点亮光医学高光度、小射量点生物兼容性使它们完全可选择生物成像、诊断和生物传感器生物化学家用量子点绘制细胞和人体器官图并探索药方使用量子点,而医生则开始调查量子点对人体肿瘤组织的潜在用法

量子点合成、特征化和应用仍然是高度活跃的调查领域Kay预测光电转换光学属性中某些属性可能更多光检测传感器、红外感知器、夜间视觉-这些应用类型

Bawendi目前研究量子光学应用 : “量子材料有很多兴趣, 可用于量子计算、量子通信等事上,

数年前我们发现 千兆元点可发布 一种非常特殊光子重归根底 找出它为何工作 如何工作 如何改善

微粒已经改变许多人的生活默里表示, i expressive需要点时间将新知化为效果, 并往往捕捉到更广泛的想象力奖项确认,围绕纳米科学和量子点的科学已具体成熟化 其效果为多多人所感知

Julia Robinson科学通讯员manbetx手机客户端3.0