2023年诺贝尔化学奖揭晓：表彰发现和合成量子点

2023年诺贝尔化学奖的科学家蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi)、路易斯·E·布鲁斯(Louis E. Brus)、阿列克谢·伊基莫夫(Alexey I. Ekimov)

封面新闻记者 车家竹 图片来源于网络

北京时间10月4日17时45分，瑞典首都斯德哥尔摩，瑞典皇家科学院宣布，将2023年诺贝尔化学奖授予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)，以表彰他们在量子点的发现和发展方面的贡献。

什么是量子点？

被称为“人造原子”的新概念

不同粒径的量子点

量子点是在把激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。在20世纪90年代提出，这个新概念还被称为“人造原子”“超晶格”“超原子”或“量子点原子”。这种结构可以由静电势，两种不同半导体材料的界面，半导体的表面，或者以上三者的结合。

量子点具有分离的量子化的能谱，所对应的波函数在空间上位于量子点中，但延伸于数个晶格周期中，一个量子点具有少量的（1-100个）整数个的电子或电子电洞对，即其所带的电量是元电荷的整数倍。

量子点是一种微小的半导体结构，其尺寸通常在纳米级别。这些微小的结构具有独特的光学和电学性质，使其在许多领域具有巨大的潜力，包括能源、生物医学和电子学。

从实验室推向实际应用

盘点三位量子点领域的先驱

三位获奖科学家

美国麻省理工学院教授蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi)，是量子点领域的先驱之一。1961年出生于法国巴黎，1988年获美国伊利诺伊州芝加哥大学博士学位，他的研究成果为制备高质量的量子点材料奠定了基础，并开发了一种新的合成方法，这项新颖的方法使得量子点的制备更加可控和可重复。这项工作不仅提高了量子点的光学性能，还为量子点在生物医学成像和光电子学中的应用打开了新的可能性，还能精确地控制量子点的大小、形状和组成，不仅如此，他还研究了多激子、电荷输运和量子点闪烁的物理机制。他率先将量子点作为荧光探针用于生物成像和传感。

哥伦比亚大学名誉教授路易斯·E·布鲁斯(Louis E. Brus)教授的贡献主要集中在量子点的表征和理解方面。1943年出生于美国俄亥俄州克利夫兰，1969年获哥伦比亚大学博士学位，他在1983年在AT&T贝尔实验室工作期间独立发现了量子点。他通过在有机溶剂中还原金属盐合成了胶体量子点，并研究了它们的电子和光学性质。他创造了“量子点”这个术语，并用一个简单的箱中粒子模型解释了它们的行为。他还探索了表面化学、形状和耦合对量子点的影响，通过深入研究量子点的表面化学性质，他为量子点的稳定性和可控性提供了关键洞察力。这些发现为量子点的应用提供了更好的设计和优化策略。

作为一位俄罗斯固体物理学家：Alexel Ekimov（阿列克谢·伊基莫夫）博士，则在量子点的光学性质方面做出了重要贡献。他1945年出生于苏联，1974年在俄罗斯圣彼得堡Ioffe物理技术研究所获博士学位，曾任美国纽约纳米晶体技术股份有限公司（Nanocrystals Technology）首席科学家。他于1981年在瓦维洛夫国家光学研究所工作期间首次观察到量子点。他发现嵌入在玻璃中的小型镉硒化物晶体呈现出离散的能级，并根据其大小发出不同颜色的光。他将它们命名为“量子尺寸效应晶体”，后来他还发现了一种新型的半导体量子点材料，具有优异的光学性能和稳定性。这项发现不仅推动了量子点技术的发展，还为高效能源转换和高分辨率显示器等领域的创新提供了新的可能性。

这三位科学家的突破性工作为量子点技术的发展铺平了道路，将其从实验室推向实际应用。

对比去年

一次物理和化学领域交叉的获奖

2022年诺贝尔化学奖奖励的是简化化学反应的过程。Barry Sharpless和Morten Meldal为一种分子功能化—点击化学奠定了基础。“点击”就是指两个东西像积木扣在一起一样，咔嚓（click）一声，分子构建单元快速而有效地结合在一起。Carolyn Bertozzi将点击化学带到了一个新的维度—在生物体中使用它。长期以来，化学家们一直渴望构建越来越复杂的分子。药物研究中，通常需要人工制造具有药用特性的天然分子，科学家发现了许多有意义的分子结构，但成本高昂并且非常耗时，去年的化学奖获奖工作不是一类复杂的方法，而是把问题变得简单和便捷。功能分子甚至可以通过一条直接的路线来构建。

今年的诺贝尔化学奖，在领域上其实是和物理领域的融合，量子点是半导体的纳米级晶体，由于量子限制效应，它们具有独特的光学和电子性质。它们广泛应用于LED灯、电视屏幕、太阳能电池、生物医学成像、量子计算和纳米技术等领域。量子点的应用前景广阔，涵盖了从太阳能电池到生物传感器的各个领域。

值得一提的是，获奖者之一，阿列克谢·伊基莫夫(Alexey I. Ekimov)也是一位俄罗斯固体物理学家，多学科的交叉融合，这次诺贝尔化学奖的公布不仅表彰了这三位杰出科学家的成就，也为全球科学界带来了新的希望和激励。

诺贝尔化学奖公布现场

一个乌龙

获奖者名单提前曝光

按照计划，2023年诺贝尔化学奖得主将在北京时间10月4日17点45分介绍。据瑞典电视台报道，瑞典皇家科学院的一封电子邮件提前4个多小时曝光了获奖者名单。

在这封邮件中，披露了获得2023年诺贝尔化学奖的科学家姓名。根据这封邮件，将有三人分享今年的诺贝尔化学奖，他们分别是麻省理工学院的蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi )、哥伦比亚大学的路易斯·E·布鲁斯(Louis E. Brus)和纳米晶体科技公司的阿列克谢·伊基莫夫(Alexey I. Ekimov)，获奖原因是在量子点和纳米粒子领域进行的研究和发现。

事发后，诺贝尔委员会及时进行了澄清，几位委员会成员强调尚未就该问题作出任何决定。诺贝尔化学委员会专家海纳·林克对当地媒体表示：“我们还没有作出决定，所以发布新闻稿绝对是一个错误。”

但就结果来看，提前曝光的这场“乌龙”，和最终公布的结果如出一辙。