量子點檢視原始碼討論檢視歷史

來自 站酷網 的圖片

量子點，半導體量子點簡稱為量子點(quantumdots)，有時也叫納米晶，它是納米尺度原子和分子的集合體，一般粒徑範圍在2~20nm。顧名思義，量子點即是將材料的尺寸在三維空間進行約束，並達到一定的臨界尺寸(抽象成一個點)後，材料的行為將具有量子特性(類似在箱中運動的粒子)，結構和性質也隨之發生從宏觀到微觀的轉變。

簡介

熒光量子點是在受到光激發或加上電壓後會產生強的熒光發射的一類納米材料，II-VI族半導體(如CdSe、CdS、ZnS等)和III-V族(如InP、InAs等)的納米晶都是常見的熒光量子點。傳統上這些材料一般應用在平面顯示器件、光電子元件(如發光二極管)、量子點激光器等技術領域，而作為生物標記物的應用被認為是一個出人意料的發現。

量子點（Quantum Dot），是在把激子在三個空間方向上束縛住的半導體納米結構。於20世紀90年代提出，這個新概念還被稱為「人造原子」「超晶格」「超原子」或「量子點原子」。這種結構可以由靜電勢，兩種不同半導體材料的界面，半導體的表面，或者以上三者的結合。

量子點具有分離的量子化的能譜，所對應的波函數在空間上位於量子點中，但延伸於數個晶格周期中，一個量子點具有少量的（1-100個）整數個的電子或電子電洞對，即其所帶的電量是元電荷的整數倍。

量子點是一種微小的半導體結構，其尺寸通常在納米級別。這些微小的結構具有獨特的光學和電學性質，使其在許多領域具有巨大的潛力，包括能源、生物醫學和電子學。

量子點材料的製備主要依靠兩種有效策略：基於物理真空的方法和濕化學方法。

研究歷史

現代量子點技術要追溯到上世紀70年代中期，它是為了解決全球能源危機而發展起來的。通過光電化學研究，開發出半導體與液體之間的結合面，以利用納米晶體顆粒優良的體表面積比來產生能量。

1981年，瑞士物理學家在水溶液中合成出了硫化鎘膠體。Brus博士與同事發現不同大小的硫化鎘顆粒可產生不同的顏色。

1983年，貝爾實驗室科學家Brus證明了改變硫化鎘膠體的大小，其激子能量也隨之變化。於是，他將這種這種膠體與量子點的概念聯繫起來，首次提出膠狀量子點（colloidal quantum dot）。這個工作對了解量子限域效應很有幫助，該效應解釋了量子點大小和顏色之間的相互關係，也同時也為量子點的應用鋪平了道路。

1997年以來，隨着量子點製備技術的不斷提高，量子點己越來越可能應用於生物學研究。1998年，Alivisatos和Nie兩個研究小組分別在Science上發表有關量子點作為生物探針的論文，首次將量子點作為生物熒光標記，並且應用於活細胞體系，他們解決了如何將量子點溶於水溶液，以及量子點如何通過表面的活性基團與生物大分子偶聯的問題，由此掀起了量子點的研究熱潮。

2018年9月，從合肥工業大學獲悉，該校科研人員與中國科學技術大學、廣東省科學院合作，首次成功將石墨相氮化碳應用於下一代量子點顯示技術，並成功製備了新型量子點顯示器件。

北京時間2023年10月4日，瑞典皇家科學院決定將2023年諾貝爾化學獎授予Moungi G.Bawendi、Louis E.Brus和Alexei I.Ekimov，以表彰他們在「量子點的發現和合成」方面的貢獻。

基本介紹

量子點是一種重要的低維半導體材料，其三個維度上的尺寸都不大於其對應的半導體材料的激子玻爾半徑的兩倍。量子點一般為球形或類球形，其直徑常在2-20 nm之間。常見的量子點由IV、II-VI，IV-VI或III-V元素組成。具體的例子有硅量子點、鍺量子點、硫化鎘量子點、硒化鎘量子點、碲化鎘量子點、硒化鋅量子點、硫化鉛量子點、硒化鉛量子點、磷化銦量子點和砷化銦量子點等。

量子點是一種納米級別的半導體，通過對這種納米半導體材料施加一定的電場或光壓，它們便會發出特定頻率的光，而發出的光的頻率會隨着這種半導體的尺寸的改變而變化，因而通過調節這種納米半導體的尺寸就可以控制其發出的光的顏色，由於這種納米半導體擁有限制電子和電子空穴（Electron hole）的特性，這一特性類似於自然界中的原子或分子，因而被稱為量子點。

小的量子點，例如膠體半導體納米晶，可以小到只有2到10個納米，這相當於10到50個原子的直徑的尺寸，在一個量子點體積中可以包含100到100,000個這樣的原子。自組裝量子點的典型尺寸在10到50納米之間。通過光刻成型的門電極或者刻蝕半導體異質結中的二維電子氣形成的量子點橫向尺寸可以超過100納米。將10納米尺寸的三百萬個量子點首尾相接排列起來可以達到人類拇指的寬度。

量子點不是點

丹麥科技大學光電工程系（DTU）量子光學研究小組和哥本哈根大學尼爾斯·波爾研究所的科學家共同發現，固體光子發射器發出的光，也就是所謂的量子點並不是點，這與科學家以前一直認識的不同，這讓科學界非常吃驚。新發現可能有助於改進量子信息設備的效率，該研究發表在19日出版的《自然·物理學》雜誌上。當前，科學家能夠製造和定製高效的、每次發射一個光子（光線當前本組成單元）的光源發射器。科學家將這樣的發射器稱為量子點，其包含數千個原子。以前，科學家認為，量子點是三個維度的尺寸都在100 nm以下，外觀恰似一很小的點狀物。但當前科學家發現，量子點不能被描述成光線的點源，因此，科學家得出了一個令人吃驚的結論：量子點不是點。科學家在實驗中將量子點放置在一面金屬鏡子附近，並記錄了量子點發射出來的光子的情況。不管是否上下翻轉，光線的點源（光子）都應該擁有同樣的性質，科學家認為量子點也會出現這種情況。但結果表明，情況並非如此，科學家發現，量子點的方位不同，其發射出的光子數也不同。這個實驗性的發現同新的光—物質交互理論非常契合，該理論由DTU的研究人員和尼爾斯·波爾研究所的安德斯·索倫森所研發。該理論考慮了量子點在立體空間的擴展。實驗中金屬鏡子的表面存在着高度受限的等離子激元。等離子激元光子學是一個非常活躍和富有前景的研究領域，等離子激元中高度受限的光子可以應用於量子信息科學或太陽能捕獲等領域。等離子激元受到強烈的限制也暗示着，量子點發出的光子能被大大地改變，量子點非常可能激活等離子激元。當前的工作已經證明，科學家可以更有效地激活等離子激元。因此，量子點可以被擴展到超越原子維度的更大的維度，這表明，量子點能同等離子激元更有效地交互作用。這項工作可能為利用量子點的立體維度的新的納米光子器件鋪平道路。新的效應在光子晶體、腔量子電動力學，以及光捕捉等其他研究領域也具有非常重要的作用。