解读2023诺贝尔化学奖：他们为纳米技术增添色彩

中青报·中青网记者 魏其濛

北京时间10月4日，诺贝尔奖官方网站公布，2023年诺贝尔化学奖颁发给蒙吉·G·巴文迪（Moungi G. Bawendi）、路易斯·E·布鲁斯（Louis E. Brus）和阿列克谢·伊基莫夫（Alexey I. Ekimov），以表彰他们“发现和合成量子点”。

据诺贝尔奖官方网站介绍，量子点是一种通常仅由几千个原子组成的晶体，就大小而言，它与足球的比例就相当于足球与地球的比例。“量子点具有许多令人着迷且不寻常的特性。重要的是，它们根据大小而具有不同的颜色。”诺贝尔化学委员会主席约翰·克维斯特（Johan Åqvist）说。

物理学家们早就知道，理论上，不同尺寸的纳米粒子可能会出现相应的量子效应。但很少有人相信这一理论会应用于实践。得益于2023年诺贝尔化学奖得主们对纳米世界的探索，量子点如今已出现在计算机和电视屏幕等产品中，并应用于物理、化学、医学等领域。

20世纪70年代末，刚毕业的博士阿列克谢·伊基莫夫开始在苏联的圣彼得堡Vavilov国家光学研究所工作。根据当时物理学界的知识背景，“同一种物质可以制造不同颜色的玻璃”，引起了他的研究兴趣。于是，伊基莫夫运用光学方法来检查彩色玻璃，经过实验他发现，不同尺寸的玻璃样品吸收光的情况不同：颗粒越小，吸收的光越蓝。他很快意识到，他观察到了与尺寸相关的量子效应。

1981年，伊基莫夫在苏联的科学期刊上发表了他的发现，这是科学家首次成功制造出量子点。

但当时，路易斯·布鲁斯并不知道这一发现。1983年，他首次在溶液中发现了自由漂浮的粒子具备尺寸依赖性的量子效应。和伊基莫夫一样，他发现硫化镉的颗粒越小，吸收的光越蓝。

为什么物质的吸光度偏向蓝色这一发现很重要？事实上，光学性质的变化能证明这种物质的特性完全改变了。物质的电子不但控制其光学特性，还控制其他特性，如催化化学反应或导电能力。因此，研究人员可以根据这一发现开发全新的材料。

然而，研究人员当时还无法制造出尺寸大致相同的量子点。这正是蒙吉·巴文迪要解决的问题。

巴文迪于1988年开始在路易斯·布鲁斯的实验室从事博士后工作，进行了大量改进生产量子点方法的尝试，取得了一些进展。随后，他在美国麻省理工学院担任研究负责人，继续努力生产更高质量的纳米粒子。1993年，他和研究团队取得了重大突破，制造出了特定尺寸的纳米晶体。这种纳米晶体几乎是完美的，能够产生独特的量子效应。由于生产方法简单，越来越多的化学家开始研究纳米技术和量子点的独特性质。

30年后的今天，量子点已成为纳米技术的重要工具，并出现在商业产品中。量子点的发光特性被用于基于QLED技术的计算机和电视屏幕，其中Q代表量子点，量子点被用于改变部分蓝光的颜色，将其转换为红色或绿色。量子点发出的光也可用于生物化学和医学，生物化学家将量子点与生化分子相连接，以便绘制细胞和器官图谱；化学家利用量子点的催化特性来驱动化学反应。

研究人员认为，量子点还有更大的潜力：未来，量子点可用于柔性电子产品、微型传感器、更纤薄的太阳能电池以及加密量子通信等。

【责任编辑：邱晨辉】