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一旦物質(zhì)的大小達到百萬分之一毫米級別，就會產(chǎn)生挑戰(zhàn)人類直覺的奇怪現(xiàn)象——量子效應。

假設一場魔法將我們生活中的一切縮小到納米尺寸，那我們將收獲五光十色的世界：小小的金耳環(huán)可能會突然發(fā)出藍色的光芒；同樣材料的金戒指則會發(fā)出紅寶石樣的光芒；如果我們嘗試使用燃氣灶煎東西，完全不同的火焰可能會讓煎鍋熔化；家里的白色墻壁則會不停產(chǎn)生大量活性氧。

上面的異想場景告訴我們，在納米世界，事物的展現(xiàn)可能怪異而迷人。

憑借獲得2023年諾貝爾化學獎的3位先驅(qū)的貢獻，現(xiàn)在的人們已經(jīng)能夠“操控”納米世界的一些奇異特性了。然而通向這個絢麗納米世界的路，卻相當艱難。

早在1937年，科學家就預測納米粒子中可能會出現(xiàn)與尺寸相關的量子效應，無數(shù)研究人員為之著迷并努力嘗試在現(xiàn)實中展示。但說起來容易做起來難，因為這需要“雕刻”一個比針頭小100萬倍的結(jié)構(gòu)。在當時，技術(shù)水平不可能完成這一任務。

直到20世紀70年代，科學家終于有所突破。他們制造出一層納米級厚度的涂層，該涂層的光學特性可以隨其厚度的改變而變化，這一觀察結(jié)果似與量子力學的預測吻合。

突破障礙，彩色玻璃帶來轉(zhuǎn)折

彩色玻璃有數(shù)千年的歷史，早期的玻璃制造商就已經(jīng)會添加銀、金和鎘等物質(zhì)，在不同的溫度下生產(chǎn)色澤絢麗的玻璃。

在研究光的特性時，彩色玻璃可用來濾掉特定波長的光。物理學家在制造有色玻璃時獲得了重要發(fā)現(xiàn)：只要一種物質(zhì)就可以產(chǎn)生多種不同顏色的玻璃，而具體會產(chǎn)生哪種顏色，取決于加熱程度和冷卻方式。

到了20世紀80年代初，“對玻璃非常感興趣”的阿列克謝·葉基莫夫終于在有色玻璃中創(chuàng)造出依賴于尺寸的量子效應，其顏色來自氯化銅納米顆粒，他的研究證明：顆粒尺寸確實會通過量子效應影響玻璃顏色。

這是科學家首次成功地制造出量子點。

出現(xiàn)變化？這是量子效應

幾年后，路易斯·布魯斯成為世界上第一位證明流體中自由漂浮粒子的尺寸也依賴量子效應的科學家。

布魯斯當時在美國貝爾實驗室工作，他的研究需要使用到硫化鎘顆粒，這種顆?？梢圆东@光，并利用其中的能量來驅(qū)動化學反應。

一次，布魯斯發(fā)現(xiàn)了奇怪的事情——他將硫化鎘顆粒放在實驗臺上一段時間后，它們的光學特性發(fā)生了明顯變化。他意識到，這可能是因為顆粒尺寸變大了。

多番證實后，和葉基莫夫一樣，布魯斯明白他觀察到了與尺寸有關的量子效應。他于1983年發(fā)表了自己的發(fā)現(xiàn)。

無處不在，量子點應用超乎想象

到了1993年，蒙吉·巴文迪徹底改變了量子點的生產(chǎn)方式，制造了近乎完美的粒子，他讓納米晶體的表面光滑且均勻。

正是這種高質(zhì)量，才賦予量子點實際應用的可能，讓后來的人們僅通過改變粒子大小，就可精準確定粒子的發(fā)光顏色。

客廳里，電視屏幕顯示圖像所需的三基色光；書房中，LED燈既能發(fā)出日光一樣的自然光，又能發(fā)出暖色光；實驗室里，生物學家用量子點與生化分子相連接，成功繪制細胞和器官圖譜；醫(yī)院中，醫(yī)生們已開始研究用量子點追蹤患者體內(nèi)腫瘤組織。

“量子點具有許多迷人且不尋常的特性。最重要的是，它們能依尺寸不同而有不同的顏色。”諾貝爾化學委員會主席約翰·克維斯特說。此刻，量子點正在前所未有地為人類服務，未來還將在柔性電子設備、微型傳感器、超薄太陽能電池和量子加密通信等領域作出巨大貢獻。

（記者 張夢然）