封面新聞?dòng)浾?車家竹 圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)

北京時(shí)間10月4日17時(shí)45分，瑞典首都斯德哥爾摩，瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)麻省理工學(xué)院教授蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi)、美國(guó)哥倫比亞大學(xué)教授路易斯·E·布魯斯(Louis E. Brus)和美國(guó)納米晶體科技公司科學(xué)家阿列克謝·伊基莫夫(Alexey I. Ekimov)，以表彰他們?cè)诹孔狱c(diǎn)的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展方面的貢獻(xiàn)。

什么是量子點(diǎn)？

被稱為“人造原子”的新概念

量子點(diǎn)是在把激子在三個(gè)空間方向上束縛住的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)。在20世紀(jì)90年代提出，這個(gè)新概念還被稱為“人造原子”“超晶格”“超原子”或“量子點(diǎn)原子”。這種結(jié)構(gòu)可以由靜電勢(shì)，兩種不同半導(dǎo)體材料的界面，半導(dǎo)體的表面，或者以上三者的結(jié)合。

量子點(diǎn)具有分離的量子化的能譜，所對(duì)應(yīng)的波函數(shù)在空間上位于量子點(diǎn)中，但延伸于數(shù)個(gè)晶格周期中，一個(gè)量子點(diǎn)具有少量的（1-100個(gè)）整數(shù)個(gè)的電子或電子電洞對(duì)，即其所帶的電量是元電荷的整數(shù)倍。

量子點(diǎn)是一種微小的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其尺寸通常在納米級(jí)別。這些微小的結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，使其在許多領(lǐng)域具有巨大的潛力，包括能源、生物醫(yī)學(xué)和電子學(xué)。

從實(shí)驗(yàn)室推向?qū)嶋H應(yīng)用

盤點(diǎn)三位量子點(diǎn)領(lǐng)域的先驅(qū)

美國(guó)麻省理工學(xué)院教授蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi)，是量子點(diǎn)領(lǐng)域的先驅(qū)之一。1961年出生于法國(guó)巴黎，1988年獲美國(guó)伊利諾伊州芝加哥大學(xué)博士學(xué)位，他的研究成果為制備高質(zhì)量的量子點(diǎn)材料奠定了基礎(chǔ)，并開發(fā)了一種新的合成方法，這項(xiàng)新穎的方法使得量子點(diǎn)的制備更加可控和可重復(fù)。這項(xiàng)工作不僅提高了量子點(diǎn)的光學(xué)性能，還為量子點(diǎn)在生物醫(yī)學(xué)成像和光電子學(xué)中的應(yīng)用打開了新的可能性，還能精確地控制量子點(diǎn)的大小、形狀和組成，不僅如此，他還研究了多激子、電荷輸運(yùn)和量子點(diǎn)閃爍的物理機(jī)制。他率先將量子點(diǎn)作為熒光探針用于生物成像和傳感。

哥倫比亞大學(xué)名譽(yù)教授路易斯·E·布魯斯(Louis E. Brus)教授的貢獻(xiàn)主要集中在量子點(diǎn)的表征和理解方面。1943年出生于美國(guó)俄亥俄州克利夫蘭，1969年獲哥倫比亞大學(xué)博士學(xué)位，他在1983年在AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室工作期間獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了量子點(diǎn)。他通過(guò)在有機(jī)溶劑中還原金屬鹽合成了膠體量子點(diǎn)，并研究了它們的電子和光學(xué)性質(zhì)。他創(chuàng)造了“量子點(diǎn)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)，并用一個(gè)簡(jiǎn)單的箱中粒子模型解釋了它們的行為。他還探索了表面化學(xué)、形狀和耦合對(duì)量子點(diǎn)的影響，通過(guò)深入研究量子點(diǎn)的表面化學(xué)性質(zhì)，他為量子點(diǎn)的穩(wěn)定性和可控性提供了關(guān)鍵洞察力。這些發(fā)現(xiàn)為量子點(diǎn)的應(yīng)用提供了更好的設(shè)計(jì)和優(yōu)化策略。

作為一位俄羅斯固體物理學(xué)家：Alexel Ekimov（阿列克謝·伊基莫夫）博士，則在量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)方面做出了重要貢獻(xiàn)。他1945年出生于蘇聯(lián)，1974年在俄羅斯圣彼得堡Ioffe物理技術(shù)研究所獲博士學(xué)位，曾任美國(guó)紐約納米晶體技術(shù)股份有限公司（Nanocrystals Technology）首席科學(xué)家。他于1981年在瓦維洛夫國(guó)家光學(xué)研究所工作期間首次觀察到量子點(diǎn)。他發(fā)現(xiàn)嵌入在玻璃中的小型鎘硒化物晶體呈現(xiàn)出離散的能級(jí)，并根據(jù)其大小發(fā)出不同顏色的光。他將它們命名為“量子尺寸效應(yīng)晶體”，后來(lái)他還發(fā)現(xiàn)了一種新型的半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料，具有優(yōu)異的光學(xué)性能和穩(wěn)定性。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)不僅推動(dòng)了量子點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展，還為高效能源轉(zhuǎn)換和高分辨率顯示器等領(lǐng)域的創(chuàng)新提供了新的可能性。

這三位科學(xué)家的突破性工作為量子點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展鋪平了道路，將其從實(shí)驗(yàn)室推向?qū)嶋H應(yīng)用。

對(duì)比去年

一次物理和化學(xué)領(lǐng)域交叉的獲獎(jiǎng)

2022年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)勵(lì)的是簡(jiǎn)化化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。Barry Sharpless和Morten Meldal為一種分子功能化—點(diǎn)擊化學(xué)奠定了基礎(chǔ)?！包c(diǎn)擊”就是指兩個(gè)東西像積木扣在一起一樣，咔嚓（click）一聲，分子構(gòu)建單元快速而有效地結(jié)合在一起。Carolyn Bertozzi將點(diǎn)擊化學(xué)帶到了一個(gè)新的維度—在生物體中使用它。長(zhǎng)期以來(lái)，化學(xué)家們一直渴望構(gòu)建越來(lái)越復(fù)雜的分子。藥物研究中，通常需要人工制造具有藥用特性的天然分子，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了許多有意義的分子結(jié)構(gòu)，但成本高昂并且非常耗時(shí)，去年的化學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)工作不是一類復(fù)雜的方法，而是把問(wèn)題變得簡(jiǎn)單和便捷。功能分子甚至可以通過(guò)一條直接的路線來(lái)構(gòu)建。

今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，在領(lǐng)域上其實(shí)是和物理領(lǐng)域的融合，量子點(diǎn)是半導(dǎo)體的納米級(jí)晶體，由于量子限制效應(yīng)，它們具有獨(dú)特的光學(xué)和電子性質(zhì)。它們廣泛應(yīng)用于LED燈、電視屏幕、太陽(yáng)能電池、生物醫(yī)學(xué)成像、量子計(jì)算和納米技術(shù)等領(lǐng)域。量子點(diǎn)的應(yīng)用前景廣闊，涵蓋了從太陽(yáng)能電池到生物傳感器的各個(gè)領(lǐng)域。

值得一提的是，獲獎(jiǎng)?wù)咧唬⒘锌酥x·伊基莫夫(Alexey I. Ekimov)也是一位俄羅斯固體物理學(xué)家，多學(xué)科的交叉融合，這次諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的公布不僅表彰了這三位杰出科學(xué)家的成就，也為全球科學(xué)界帶來(lái)了新的希望和激勵(lì)。

一個(gè)烏龍

獲獎(jiǎng)?wù)呙麊翁崆捌毓?/strong>