低維與奈米尺度系統
量子點
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設想把幾個躁動的電子關進一個小到它們朝任何方向都逃不出去的盒子裡——左右、上下、前後,牆壁都近在咫尺。無處舒展,電子便只能落進寥寥幾個彼此清晰分隔的能級,就像單個原子內部的電子一樣。
量子點正是如此:一粒僅幾奈米大小的半導體微塵,它把內部的電子同時在三個方向上全部限住。因為陷阱如此緊密,被允許的能量不再是連續的一段,而是一道分立的階梯,這正是量子點常被稱作「人造原子」的緣故。關鍵在於,這道階梯的間距取決於量子點的大小——把這粒微塵做小一點,能級就彼此拉開,它吸收或發出的光的顏色也隨之改變。
量子點之所以重要,是因為它的顏色僅憑尺寸就能調節,這使它成為明亮而純淨的理想光源;這正是「QLED」電視屏幕背後的技術,也是用來點亮生物體內結構的螢光標記的技術。誠實的提醒是:最早那批最鮮豔的量子點,是用鎘這類有毒重金屬做成的,所以如今大量工作都在設法用更安全的成分達到同樣的亮麗。
在量子點電視裡,一層奈米晶薄膜被背後的藍光照亮。這些量子點吸收藍光,再僅憑自身的大小重新發出純紅或純綠——大一點的發紅,小一點的發綠——從而賦予屏幕鮮豔飽滿的色彩。
在QLED屏幕裡,一個量子點的尺寸本身就決定了它發紅光還是綠光。
把量子點稱作「人造原子」很貼切,卻不能照字面理解:它的能級確實像原子那樣分立,但一個量子點仍由成千上萬個真實原子組成——這種分立性來自對共享電子的局限,而不是因為量子點本身是一個巨大的單原子。
又稱
另見