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量子点，半导体量子点简称为量子点(quantumdots)，有时也叫纳米晶，它是纳米尺度原子和分子的集合体，一般粒径范围在2~20nm。顾名思义，量子点即是将材料的尺寸在三维空间进行约束，并达到一定的临界尺寸(抽象成一个点)后，材料的行为将具有量子特性(类似在箱中运动的粒子)，结构和性质也随之发生从宏观到微观的转变。

简介

荧光量子点是在受到光激发或加上电压后会产生强的荧光发射的一类纳米材料，II-VI族半导体(如CdSe、CdS、ZnS等)和III-V族(如InP、InAs等)的纳米晶都是常见的荧光量子点。传统上这些材料一般应用在平面显示器件、光电子元件(如发光二极管)、量子点激光器等技术领域，而作为生物标记物的应用被认为是一个出人意料的发现。

量子点（Quantum Dot），是在把激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。于20世纪90年代提出，这个新概念还被称为“人造原子”“超晶格”“超原子”或“量子点原子”。这种结构可以由静电势，两种不同半导体材料的界面，半导体的表面，或者以上三者的结合。

量子点具有分离的量子化的能谱，所对应的波函数在空间上位于量子点中，但延伸于数个晶格周期中，一个量子点具有少量的（1-100个）整数个的电子或电子电洞对，即其所带的电量是元电荷的整数倍。

量子点是一种微小的半导体结构，其尺寸通常在纳米级别。这些微小的结构具有独特的光学和电学性质，使其在许多领域具有巨大的潜力，包括能源、生物医学和电子学。

量子点材料的制备主要依靠两种有效策略：基于物理真空的方法和湿化学方法。

研究历史

现代量子点技术要追溯到上世纪70年代中期，它是为了解决全球能源危机而发展起来的。通过光电化学研究，开发出半导体与液体之间的结合面，以利用纳米晶体颗粒优良的体表面积比来产生能量。

1981年，瑞士物理学家在水溶液中合成出了硫化镉胶体。Brus博士与同事发现不同大小的硫化镉颗粒可产生不同的颜色。

1983年，贝尔实验室科学家Brus证明了改变硫化镉胶体的大小，其激子能量也随之变化。于是，他将这种这种胶体与量子点的概念联系起来，首次提出胶状量子点（colloidal quantum dot）。这个工作对了解量子限域效应很有帮助，该效应解释了量子点大小和颜色之间的相互关系，也同时也为量子点的应用铺平了道路。

1997年以来，随着量子点制备技术的不断提高，量子点己越来越可能应用于生物学研究。1998年，Alivisatos和Nie两个研究小组分别在Science上发表有关量子点作为生物探针的论文，首次将量子点作为生物荧光标记，并且应用于活细胞体系，他们解决了如何将量子点溶于水溶液，以及量子点如何通过表面的活性基团与生物大分子偶联的问题，由此掀起了量子点的研究热潮。

2018年9月，从合肥工业大学获悉，该校科研人员与中国科学技术大学、广东省科学院合作，首次成功将石墨相氮化碳应用于下一代量子点显示技术，并成功制备了新型量子点显示器件。

北京时间2023年10月4日，瑞典皇家科学院决定将2023年诺贝尔化学奖授予Moungi G.Bawendi、Louis E.Brus和Alexei I.Ekimov，以表彰他们在“量子点的发现和合成”方面的贡献。

基本介绍

量子点是一种重要的低维半导体材料，其三个维度上的尺寸都不大于其对应的半导体材料的激子玻尔半径的两倍。量子点一般为球形或类球形，其直径常在2-20 nm之间。常见的量子点由IV、II-VI，IV-VI或III-V元素组成。具体的例子有硅量子点、锗量子点、硫化镉量子点、硒化镉量子点、碲化镉量子点、硒化锌量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点、磷化铟量子点和砷化铟量子点等。

量子点是一种纳米级别的半导体，通过对这种纳米半导体材料施加一定的电场或光压，它们便会发出特定频率的光，而发出的光的频率会随着这种半导体的尺寸的改变而变化，因而通过调节这种纳米半导体的尺寸就可以控制其发出的光的颜色，由于这种纳米半导体拥有限制电子和电子空穴（Electron hole）的特性，这一特性类似于自然界中的原子或分子，因而被称为量子点。

小的量子点，例如胶体半导体纳米晶，可以小到只有2到10个纳米，这相当于10到50个原子的直径的尺寸，在一个量子点体积中可以包含100到100,000个这样的原子。自组装量子点的典型尺寸在10到50纳米之间。通过光刻成型的门电极或者刻蚀半导体异质结中的二维电子气形成的量子点横向尺寸可以超过100纳米。将10纳米尺寸的三百万个量子点首尾相接排列起来可以达到人类拇指的宽度。

量子点不是点

丹麦科技大学光电工程系（DTU）量子光学研究小组和哥本哈根大学尼尔斯·波尔研究所的科学家共同发现，固体光子发射器发出的光，也就是所谓的量子点并不是点，这与科学家以前一直认识的不同，这让科学界非常吃惊。新发现可能有助于改进量子信息设备的效率，该研究发表在19日出版的《自然·物理学》杂志上。当前，科学家能够制造和定制高效的、每次发射一个光子（光线当前本组成单元）的光源发射器。科学家将这样的发射器称为量子点，其包含数千个原子。以前，科学家认为，量子点是三个维度的尺寸都在100 nm以下，外观恰似一很小的点状物。但当前科学家发现，量子点不能被描述成光线的点源，因此，科学家得出了一个令人吃惊的结论：量子点不是点。科学家在实验中将量子点放置在一面金属镜子附近，并记录了量子点发射出来的光子的情况。不管是否上下翻转，光线的点源（光子）都应该拥有同样的性质，科学家认为量子点也会出现这种情况。但结果表明，情况并非如此，科学家发现，量子点的方位不同，其发射出的光子数也不同。这个实验性的发现同新的光—物质交互理论非常契合，该理论由DTU的研究人员和尼尔斯·波尔研究所的安德斯·索伦森所研发。该理论考虑了量子点在立体空间的扩展。实验中金属镜子的表面存在着高度受限的等离子激元。等离子激元光子学是一个非常活跃和富有前景的研究领域，等离子激元中高度受限的光子可以应用于量子信息科学或太阳能捕获等领域。等离子激元受到强烈的限制也暗示着，量子点发出的光子能被大大地改变，量子点非常可能激活等离子激元。当前的工作已经证明，科学家可以更有效地激活等离子激元。因此，量子点可以被扩展到超越原子维度的更大的维度，这表明，量子点能同等离子激元更有效地交互作用。这项工作可能为利用量子点的立体维度的新的纳米光子器件铺平道路。新的效应在光子晶体、腔量子电动力学，以及光捕捉等其他研究领域也具有非常重要的作用。