低维与纳米尺度系统

量子点

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设想把几个躁动的电子关进一个小到它们朝任何方向都逃不出去的盒子里——左右、上下、前后,墙壁都近在咫尺。无处舒展,电子便只能落进寥寥几个彼此清晰分隔的能级,就像单个原子内部的电子一样。

量子点正是如此:一粒仅几纳米大小的半导体微尘,它把内部的电子同时在三个方向上全部限住。因为陷阱如此紧密,被允许的能量不再是连续的一段,而是一道分立的阶梯,这正是量子点常被称作“人造原子”的缘故。关键在于,这道阶梯的间距取决于量子点的大小——把这粒微尘做小一点,能级就彼此拉开,它吸收或发出的光的颜色也随之改变。

量子点之所以重要,是因为它的颜色仅凭尺寸就能调节,这使它成为明亮而纯净的理想光源;这正是“QLED”电视屏幕背后的技术,也是用来点亮生物体内结构的荧光标记的技术。诚实的提醒是:最早那批最鲜艳的量子点,是用镉这类有毒重金属做成的,所以如今大量工作都在设法用更安全的成分达到同样的亮丽。

在量子点电视里,一层纳米晶薄膜被背后的蓝光照亮。这些量子点吸收蓝光,再仅凭自身的大小重新发出纯红或纯绿——大一点的发红,小一点的发绿——从而赋予屏幕鲜艳饱满的色彩。

在QLED屏幕里,一个量子点的尺寸本身就决定了它发红光还是绿光。

把量子点称作“人造原子”很贴切,却不能照字面理解:它的能级确实像原子那样分立,但一个量子点仍由成千上万个真实原子组成——这种分立性来自对共享电子的限域,而不是因为量子点本身是一个巨大的单原子。

又称
artificial atom量子点