2023年诺贝尔化学奖今天授予了三位科学家，以表彰他们发现的量子点。这些纳米颗粒非常微小，以至于它们的大小控制着它们的许多特性，例如颜色。这反过来又使它们在从大型彩色显示器到能源生产等应用中具有不可估量的价值。
获奖者是麻省理工学院的蒙吉·巴文迪、哥伦比亚大学的路易斯·布鲁斯和纽约州纳米晶体技术公司的阿列克谢·埃基莫夫。这三位科学家将分享1100万瑞典克朗，或近100万美元的奖金。
量子点产生丰富的色彩，是当今大型电视屏幕中的常见材料。本质上，它们是微小的晶体，但更容易将它们中的每一个都视为一个压缩球，直径仅为几纳米，其中包含电子。电子是量子点工作的关键。“如果你取出一个电子并将其放入一个小空间，它的波函数就会被压缩，”这意味着电子的移动自由度降低了，诺贝尔化学委员会成员海纳·林克在宣布时说。压缩使电子能够储存更多能量。
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电子以光子（光包）的形式释放能量，这些光子会呈现出不同的颜色，具体取决于电子的压缩程度。
这种变化是一种量子效应，是微观领域中发生的神秘事物之一。因此，例如，最小的量子点会发射更多的短波长蓝光，而不是长波长红光。稍微增大量子点会改变颜色组成。
量子点还用于生物医学成像——可视化肿瘤的血管——以及太阳能电池，在太阳能电池中，它们可以放大面板产生的能量。改变它们的大小也可以改变其他特性，例如它们的熔点。
巴文迪在公告发布后接到瑞典皇家科学院的电话时说，他“非常惊讶……困倦、震惊……并且非常荣幸”。世界其他地方可能没有那么惊讶。巴文迪的名字以及他的两位同事的名字，在学院在正式宣布前几个小时发出的文件中被泄露。这在通常高度组织化和保密的过程中是罕见的裂缝。学院秘书长汉斯·埃勒格伦表示，该组织不知道发生了什么事。
然而，这一消息传出后，受到了其他化学家的掌声。“这些非凡的纳米颗粒具有巨大的潜力，可以创造更小、更快、更智能的设备，提高太阳能电池的效率和电视屏幕的亮度，”英国南安普顿大学皇家化学学会主席兼无机化学家吉尔·里德在最近的一份声明中说。诺贝尔奖“真的令人兴奋，并表明化学如何可以用来解决一系列挑战，”她说。
虽然量子效应通常被认为是物理学的领域，但化学家兼美国化学学会主席朱迪思·乔丹强烈认为量子点是化学产品。“我们拥有电子。它们存在于每个原子上，”她说。虽然物理学家从理论上推导出了将电子限制在微小空间中的影响，但“是化学家将它们转移到原子新颖的结构中，他们弄清楚了如何在实验室中以及在制造环境中实际生产它们。”
量子点的概念最早出现在 20 世纪 30 年代的理论中，然后在几十年里停滞不前。但在 20 世纪 80 年代初期，埃基莫夫将氯化铜纳米颗粒放入玻璃中，并表明颗粒尺寸通过量子效应改变了玻璃的颜色。几年后，布鲁斯用自由漂浮在流体中的纳米颗粒实现了类似的颜色变化。
1993 年，巴文迪开发了一种标准化量子点生产的方法，这为许多其他实验室和公司打开了局面。“他让事情变得容易，”田纳西大学诺克斯维尔分校从事纳米技术研究的化学家里戈贝托·阿德温库拉说。巴文迪的实验室创造了一种其他物质的“汤”，这些物质附着在量子点种子上并精确调节它们的生长。阿德温库拉说，这使得种子在化学术语中非常“可调”。他补充说，这是一种控制其大小的简单方法，从而调整它们以产生不同水平的能量。
除了大屏幕和太阳能电池板外，量子点还用于调整 LED 灯的颜色，使其不那么刺眼。医学科学家也在探索它们在人体中用作难以找到的分子传感器和探针的用途。公告发布后，巴文迪说“这仅仅是个开始”。