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　　，作者：瞻云，原文标题：《物理学再次抢走诺贝尔化学奖，三位科学家搓出的纳米二极管，究竟有多硬核？》

　　3、激发：材料的电子吸收能量，然后释放能量，激发出光子。根据能量的来源，又可以分成电致发光、光致发光、声致发光等等。

　　例如，LED灯是电致发光；日光灯则是光致发光。灯管内气体放电产生紫外线，然后激发管壁上的发光粉而发出白光；而螳螂虾一拳打出2万℃并发光，便是声致发光。

　　很多发光材料，同时包含多种激发发光过程。但无论是哪一种发光形式，都涉及到电子吸收能量，轨道跃迁、轨道跌落，然后以光子的形式释放能量。

　　很明显，第1种和第2种都需要直接PASS，无论怎么对光进行色散/吸收/反射，分离的也是现成的光，而不能创造光。

　　碳、硅、锗、锡、铅等IV族元素，最外层具有4个价电子，它们很容易形成稳定的共价键结构，所以不容易导电。但如果加入不同的杂质便可能改变它们的导电能力。

　　拿硅来举例，如果向硅晶体加入硼杂质，那么当硼与硅形成共价键后，便会少一个电子，从而出现“空穴”。这样的半导体很容易获得电子，因此被称为P型半导体（P为Positive缩写，为正极）。

　　相反，如果向硅晶体加入磷杂质，那么磷最外层的5个电子与硅形成共价键后，就会多出一颗电子，从而容易失去电子，因此被成为N型半导体（N为Negative缩写，为负极）。

　　这个过程，虽然从原子层面来说，电子已经从一个原子跑到了另外一个原子上，然而不同的电子性质是一样，一个电子获得能量离开空穴时，相当于一个跃迁过程。而进入另外一个空穴，本质上相当于跌落轨道的过程，因此多余的能量会以光子的形式得到释放。

　　对比昨天的物理学诺贝尔奖，我们可以发现，量子点和阿秒物理学相似之处还真是不少。都是从宏观到微观，最终达到电子层面。

　　既然“电子-空穴对”导致的发光，和原子发光都是相似的量子效应，这就决定了它存在一个尺度上限。

　　1980年，阿列克谢·伊基莫夫（获奖第三位），成功在有色玻璃中创造出了，能通过量子效应影响玻璃颜色的氯化铜纳米颗粒[1]。

　　1983年[2]，路易斯·E·布鲁斯（获奖第二位）则首次证明了，量子点的量子效应是存在尺度上限的，而且，激发出来的光波长，随着量子点尺度大小的变化而变化，这背后的原理涉及到量子限域效应（当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态成分立能级）。

　　1993年，蒙吉·G·巴文迪（获奖的第一位）则是通过改进化学生产方法，制作出了几近完美的量子点[3]。

　　虽然合成用了化学方法，但21世纪之后，还发展出了非化学的合成方法。虽然量子点的发现，最开始是胶状溶液中，但后来与传统化学越来越远。

　　简单来说，就是把能形成硒化镉（或硫化镉、碲化镉）的物质（硫、硒、碲的三正辛基氧膦溶液+二甲基镉）注射进入200~300℃的热溶剂中，生成硒化镉（或硫化镉、碲化镉）。

　　这个时候，再次加热，晶体就会持续增长，而且加热时间越长晶体就越大。因为量子限域效应，不同大小的晶体，可以产生不同颜色的光。

　　量子点一般由IV、II-VI，IV-VI、III-V等元素组成，例如硅、锗、硫化镉、硒化镉、碲化镉、硒化锌、硫化铅、硒化铅、磷化铟、砷化铟等等，大体上还是半导体材料。

　　巧合的是，半导体产业中的PN结制造方法，也有晶体生长技术。可以看出量子点和半导体二极管的确很有相似之处，很像一个纳米二极管。通过量子点来制造芯片，其实也是量子芯片的一个发展方向之一。

　　1997年开始，质量越来越高的量子点开始作为生物探针来使用，例如生物荧光标记可直接用于细胞。不仅在21世纪，助力分子、细胞生物学迅猛发展，还掀起了量子点研究热潮。

　　量子点具有自由可控、稳定性高、兼具宽窄发射谱、较大斯托克斯位移、生物相容性好、寿命长等各种优点。时至今日，已经广泛应用于各种材料领域，尤其是量子点显示技术（QLED）在电视和电脑色彩显示上的飞速发展。

　　总的来说，无论在生命科学研究、光学（显示/色彩）运用，还是在未来芯片研发领域，量子点都具有广阔的前景。