2023年诺贝尔化学奖得主，从左起: Moungi Bawendi，Louis Brus 和 Alexei Ekimov。
Hello，大家好，欢迎来到Masir的公众号，今天我们来简单解读下2023诺贝尔化学奖的发现与成果。
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科学没有边界！这是我这次研读完诺贝尔化学奖之后的个人感受。
其实我们之前在物理学开篇的时候就谈过，人对科学的认知都是从现象 > 经验 > 实验 > 计算，在这个过程中不断分出了很多学科，但是任何学科最后都可以归类为物理话题。—— 科学羊
北京时间10月4日下午5点45分许，瑞典皇家科学院宣布将2023年诺贝尔化学奖授予给美国麻省理工学院教授蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi)、美国哥伦比亚大学教授路易斯·E·布鲁斯(Louis E. Brus)和美国纳米晶体科技公司科学家阿列克谢·伊基莫夫(Alexey I. Ekimov)，以表彰他们在“发现和合成量子点”方面的贡献。
想象一下，你正在实验室拿着一个光学显微镜观察一个几纳米宽的微粒，你发现这个如此微小的纳米晶体，而且它的“行为”居然也像一个原子。
为什么说是像原子行为呢？
其实指的是这个微粒的电子能级是分立的，就像原子。
在宏观尺度的固体中，电子的能级形成了一个连续的带，例如导带和价带。但是，在这种微粒中，由于其纳米尺寸，电子被限制在一个非常小的空间中，导致其能级变得分立。这种效应被称为“量子尺寸效应”。
所以，当我们说量子点的行为类似于原子，我们是指它们都有分立的电子能级，这导致了它们的独特光学性质。
这种粒子就是我们今天要说的主角 —— 量子点。
这次2023年诺贝尔化学奖授予，就是因他们发现一类如今被称为量子点的微小奇迹，并开发出精确的合成方法，所以才取得了如此伟大的成绩。
诺贝尔化学委员会在颁奖仪式上表示，量子点已经在电子和生物医学领域发挥了重要作用，例如在药物输送、成像和医疗诊断等领域，并且在未来有着更加广阔的应用前景。
量子点，有时也被称为人造原子，它是由硅和其他半导体材料制成的精确纳米晶体，只有几纳米宽，虽然它们只有一百到几千个原子那么大，但是小到可以像单个原子一样展现出量子特性。
由于电子可以被捕获在它们内部的特定能级，纳米晶体只能发射特定波长的光。通过控制粒子的大小，研究人员可以精确地编程量子点在受到刺激时闪烁的颜色。
诺贝尔化学奖委员会主席约翰 · 阿奎斯特(Johan Åqvist)在诺贝尔奖颁奖仪式上展示了一系列五个烧瓶，每个烧瓶里的液体发出不同的颜色。这种液体只能容纳百万分之几毫米大小的量子点的液体溶液。
可见，在这么小的尺寸下，“量子力学可以玩各种各样的把戏”。
诺贝尔化学委员会成员、纳米物理学教授海纳 · 林克解释说:量子点可以被看作是整个纳米技术领域的一个里程碑。
从科学角度讲，量子力学预测，如果你把一个电子压缩到一个很小的空间里，电子的波函数就会受到压缩。
空间越小，电子的能量就越大，这意味着它可以给光子提供更多的能量。
从本质上讲，量子点的大小决定了它发出什么颜色的光。
最小的粒子发出蓝光，而较大的粒子发出黄色和红色的光。
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20世纪70年代，物理学家们知道量子现象在理论上应该与极小尺寸的粒子相关联，就像它们与超薄膜相关联一样，但是这个预测似乎无法验证: 似乎没有制造和处理粒子的好方法，除非在其他材料内部能够掩盖粒子的性质。
1981年在苏联瓦维洛夫国家光学研究所，埃基莫夫改变了这一切。在向玻璃中添加铜和氯的化合物时，他发现玻璃的颜色完全取决于添加的粒子的大小。他很快意识到量子效应是可能的解释。
1983年，布鲁斯在贝尔实验室进行利用光驱动化学反应的实验。布鲁斯(现在哥伦比亚大学)注意到，即使在液体溶液中自由漂浮，纳米粒子的大小也会影响它们的光学性质。
在1993年，巴文迪发明了一种“巧妙的化学方法”来制造完美的纳米颗粒。
主席约翰 · 阿奎斯特表示：他能够控制晶体形成的确切时间，然后他能够停止并以一种可控的方式重新开始进一步的生长。他的发现使量子点在各种应用中广泛应用。
而纳米颗粒的应用范围从 LED 显示屏和太阳能电池到生物化学和医学成像，“这些成就代表了纳米技术的一个重要里程碑”。
量子点是什么？
专业点说，它们是人造纳米颗粒，非常小，其特性由量子力学决定。这些特性包括光的发射: 它们发射的光的波长完全取决于粒子的大小。较大粒子中的电子能量较少，发出红光，而较小粒子中的电子能量较多，发出蓝光。
Merrill Sherman/Quanta Magazine资料
Merrill Sherman/Quanta Magazine资料来源: 瑞典皇家科学院
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