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一旦物質(zhì)的大小達(dá)到百萬(wàn)分之一毫米級(jí)別，就會(huì)產(chǎn)生挑戰(zhàn)人類(lèi)直覺(jué)的奇怪現(xiàn)象——量子效應(yīng)。

假設(shè)一場(chǎng)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(huì)突然發(fā)出藍(lán)色的光芒；同樣材料的金戒指則會(huì)發(fā)出紅寶石樣的光芒；如果我們嘗試使用燃?xì)庠罴鍠|西，完全不同的火焰可能會(huì)讓煎鍋熔化；家里的白色墻壁則會(huì)不停產(chǎn)生大量活性氧。

上面的異想場(chǎng)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(xué)獎(jiǎng)的3位先驅(qū)的貢獻(xiàn)，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(gè)絢麗納米世界的路，卻相當(dāng)艱難。

早在1937年，科學(xué)家就預(yù)測(cè)納米粒子中可能會(huì)出現(xiàn)與尺寸相關(guān)的量子效應(yīng)，無(wú)數(shù)研究人員為之著迷并努力嘗試在現(xiàn)實(shí)中展示。但說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難，因?yàn)檫@需要“雕刻”一個(gè)比針頭小100萬(wàn)倍的結(jié)構(gòu)。在當(dāng)時(shí)，技術(shù)水平不可能完成這一任務(wù)。

直到20世紀(jì)70年代，科學(xué)家終于有所突破。他們制造出一層納米級(jí)厚度的涂層，該涂層的光學(xué)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(xué)的預(yù)測(cè)吻合。

突破障礙，彩色玻璃帶來(lái)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(huì)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(shí)，彩色玻璃可用來(lái)濾掉特定波長(zhǎng)的光。物理學(xué)家在制造有色玻璃時(shí)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(huì)產(chǎn)生哪種顏色，取決于加熱程度和冷卻方式。

到了20世紀(jì)80年代初，“對(duì)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(yīng)，其顏色來(lái)自氯化銅納米顆粒，他的研究證明：顆粒尺寸確實(shí)會(huì)通過(guò)量子效應(yīng)影響玻璃顏色。

這是科學(xué)家首次成功地制造出量子點(diǎn)。

出現(xiàn)變化？這是量子效應(yīng)

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(yīng)的科學(xué)家。

布魯斯當(dāng)時(shí)在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)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(lái)驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)。

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(shí)驗(yàn)臺(tái)上一段時(shí)間后，它們的光學(xué)特性發(fā)生了明顯變化。他意識(shí)到，這可能是因?yàn)轭w粒尺寸變大了。

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

無(wú)處不在，量子點(diǎn)應(yīng)用超乎想象

到了1993年，蒙吉·巴文迪徹底改變了量子點(diǎn)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(diǎn)實(shí)際應(yīng)用的可能，讓后來(lái)的人們僅通過(guò)改變粒子大小，就可精準(zhǔn)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(shū)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(shí)驗(yàn)室里，生物學(xué)家用量子點(diǎn)與生化分子相連接，成功繪制細(xì)胞和器官圖譜；醫(yī)院中，醫(yī)生們已開(kāi)始研究用量子點(diǎn)追蹤患者體內(nèi)腫瘤組織。

“量子點(diǎn)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?！敝Z貝爾化學(xué)委員會(huì)主席約翰·克維斯特說(shuō)。此刻，量子點(diǎn)正在前所未有地為人類(lèi)服務(wù)，未來(lái)還將在柔性電子設(shè)備、微型傳感器、超薄太陽(yáng)能電池和量子加密通信等領(lǐng)域作出巨大貢獻(xiàn)。

（記者 張夢(mèng)然）