HORIBA | 只有发丝直径十万分之一的量子点，如何解析它的“光”|科普

被Science评为年度十大科学突破之一的量子点

你了解吗？

量子点又称半导体纳米晶，它的三维尺寸在2-10nm范围内，大概是一根头发丝直径的十万分之一，人眼无法看到。它一般由II-VI族元素（如CdSe、ZnSe等）或III-V族元素（如InP、InAs等）半导体材料构成，具有明显的量子效应。由于量子点独特的物理、光学、电学特性，曾被Science杂志评为年度十大科学突破之一。

量子点发光
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会发“光”的量子点，有哪些应用？

正是在纳米尺度，量子点表现出量子效应——当这些半导体晶体做到纳米尺度，不同的尺寸就可以发出不同颜色的光。例如，量子点发光波长可达850纳米（红光），相对于可见光穿透深度更深，更适合应用于生物体内组织成像。

量子点吸收能力非常强，能够极大提高灵敏度。它对照明和显示产业将会有重大影响。使用量子点的发光二极管，更加接近于自然光，并且发热大大减少。在显示产业方面，据了解，中国的研究处于领先优势，有机会引领整个显示产业的发展。如此荣耀之事，相信各位读者和我们一样，期待不已。

但是问题来了，看不见的量子点，它的“光”如何解析呢？

量子点电视
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如何解析量子点发光？

下面就以英国牛津大学、埃默里大学和乔治亚理工学院的研究成果做一下说明。在这部分，你可以了解到量子点尺寸、组成与对应的能带隙和发射峰值的变化关系。

本例中使用的CdSeTe量子点^[1]，直径范围2.7-8.6 nm。量子点通过沉降和离心纯化处理后室温保存备用。

吸收光谱由吸收光谱测得 (带宽=1.0 nm)。参照Fendle等人^[2]的方法，通过吸收数据获得起始吸收边和能带隙。

光致发光光谱（通常所说的荧光光谱）由HORIBA FluoroMax^®高灵敏度荧光光谱仪测得 (λexc = 475 nm，带宽 = 2.0 nm)。所有光谱测量都在光谱仪响应校正下获得的。

下图是组成相同，尺寸不同量子点的吸收和发射光谱。我们发现吸收和发射波长随量子点直径增大而红移。

不同尺寸的CdSe_0.34Te_0.66量子点的吸收光谱（实线）和光致发光（虚线）谱

下面两张图分别是Te含量对能带隙（上图）及发射峰位（下图）的影响。从图中可以发现，量子点组成不同，对应的能带隙和发射峰值也会发生变化。当Te含量为60%时，电子跃迁和荧光带边发射都出现拐点。

  能带隙（上图），发射波长（下图）

与量子点中Te浓度的关系曲线

尽管量子点的尺寸小到纳米级，看不见摸不着，但是通过以上两组实验表征量子点的发光特性，我们可以发现量子点的发光与其尺寸和组成相关。这一重要结论，是通过HORIBA荧光光谱仪获得的。在本实验中，研究人员使用的是FluoroMax®高灵敏荧光光谱仪，正是由于它高灵敏的特性，可以轻松、快速得到非线性变化的光致发光光谱。因此，如果说“量子点的世界”是神奇、复杂的，经常表现出与宏观世界不同的现象，那么HORIBA荧光光谱仪，就是帮助科研工作者解析量子点世界的“神器”。

致 谢

感谢英国牛津大学的Robert Bailey和埃默里大学和乔治亚理工学院的Shuming Nie提供数据和图片。

参考文献：

[1]R.E. Bailey and S. Nie, J. Am. Chem. Soc., 125, 7100–7106 (2003).

[2]Y. Tian, et al., J. Phys. Chem., 100, 8927–8939 (1996).