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HORIBA|只有發絲直徑十萬分之一的量子點，如何解析它的“光”
被Science評為年度科學突破之一的量子點
你了解嗎？
量子點又稱半導體納米晶，它的三維尺寸在2-10nm范圍內，大概是一根頭發絲直徑的十萬分之一，人眼無法看到。它一般由II-VI族元素（如CdSe、ZnSe等）或III-V族元素（如InP、InAs等）半導體材料構成，具有明顯的量子效應。由于量子點*的物理、光學、電學特性，曾被Science雜志評為年度科學突破之一。
量子點發光
圖片來自網絡
01
會發“光”的量子點，有哪些應用？
正是在納米尺度，量子點表現出量子效應——當這些半導體晶體做到納米尺度，不同的尺寸就可以發出不同顏色的光。例如，量子點發光波長可達850納米（紅光），相對于可見光穿透深度更深，更適合應用于生物體內組織成像。
量子點吸收能力非常強，能夠大提高靈敏度。它對照明和顯示產業將會有重大影響。使用量子點的發光二管，更加接近于自然光，并且發熱大大減少。在顯示產業方面，據了解，中國的研究處于優勢，有機會整個顯示產業的發展。如此榮耀之事，相信各位讀者和我們一樣，期待不已。
但是問題來了，看不見的量子點，它的“光”如何解析呢？
量子點電視
圖片來自網絡
02
如何解析量子點發光？
下面就以英國牛津大學、埃默里大學和喬治亞理工學院的研究成果做一下說明。在這部分，你可以了解到量子點尺寸、組成與對應的能帶隙和發射峰值的變化關系。
1樣本準備
本例中使用的CdSeTe量子點[1]，直徑范圍2.7-8.6 nm。量子點通過沉降和離心純化處理后室溫保存備用。
2測試條件
吸收光譜由吸收光譜測得 (帶寬=1.0 nm)。參照Fendle等人[2]的方法，通過吸收數據獲得起始吸收邊和能帶隙。
光致發光光譜（通常所說的熒光光譜）由HORIBA FluoroMax®高靈敏度熒光光譜儀測得 (λexc = 475 nm，帶寬 = 2.0 nm)。所有光譜測量都在光譜儀響應校正下獲得的。
3結果分析
下圖是組成相同，尺寸不同量子點的吸收和發射光譜。我們發現吸收和發射波長隨量子點直徑增大而紅移。
不同尺寸的CdSe0.34Te0.66量子點的吸收光譜（實線）和光致發光（虛線）譜
下面兩張圖分別是Te含量對能帶隙（上圖）及發射峰位（下圖）的影響。從圖中可以發現，量子點組成不同，對應的能帶隙和發射峰值也會發生變化。當Te含量為60%時，電子躍遷和熒光帶邊發射都出現拐點。
能帶隙（上圖），發射波長（下圖）
與量子點中Te濃度的關系曲線
盡管量子點的尺寸小到納米級，看不見摸不著，但是通過以上兩組實驗表征量子點的發光特性，我們可以發現量子點的發光與其尺寸和組成相關。這一重要結論，是通過HORIBA熒光光譜儀獲得的。在本實驗中，研究人員使用的是FluoroMax®高靈敏熒光光譜儀，正是由于它高靈敏的特性，可以輕松、快速得到非線性變化的光致發光光譜。因此，如果說“量子點的世界”是神奇、復雜的，經常表現出與宏觀世界不同的現象，那么HORIBA熒光光譜儀，就是幫助科研工作者解析量子點世界的“神器”。
03
致 謝
感謝英國牛津大學的Robert Bailey和埃默里大學和喬治亞理工學院的Shuming Nie提供數據和圖片。
參考文獻：
[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).
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