量子點科普完整版本

人造原子-量子點什么是量子點？·量子點是準零維的納米材料，由少量的原子所構成。粗略的說，量子點的三個維度的尺寸都在100納米以下，外觀恰似一極小的點狀物，其內(nèi)部電子在各方向上的運動都受到局限，所以量子局限效應特別顯著。由于量子局限效應會導致類似原子的不連續(xù)電子能級結構，因此量子點又被稱為“人造原子”?？茖W家已經(jīng)發(fā)明許多不同的方法來制造量子點，并預期這種納米材料在21世紀的納米電子學上有極大的應用潛力。什么是量子點？若要嚴格定義量子點，則必須由量子力學出發(fā)。電子的物質波特性取決于其費米波長。λF

=

2π

/

kF在一般的材料中，電子的波長遠小于材料的尺寸，因此量子局限效應不顯著。如果將某一個維度的尺寸縮到小于一個波長，此時電子只能在另外兩個維度所構成的二維空間中自由運動，這樣的系統(tǒng)我們稱之為量子井；如果我們再將另一個維度的尺寸縮到小于一個波長，則電子只能在一維方向上運動，我們稱之為量子線；當三個維度的尺寸都縮到一個波長以下時，就成為量子點了。由此可知，真正的關鍵尺寸是由電子在材料內(nèi)的費米波長決定。量子點的制備方法目前，量子點的制備方法主要有以下四種.1.化學溶膠法：以化學溶膠方式合成，可制作復層量子點，過程簡單，且可大量生產(chǎn)。量子點的制備方法2.自組成法：采用分子束磊晶或化學氣相沉積過程，并利用晶格不匹配的原理，使量子點在特定基材表面自聚生長，可大量生產(chǎn)排列規(guī)則的量子點。在GaAs基材上以自組成法生長InAs量子點的STM影像量子點的制備方法3.微影蝕刻法：以光束或電子束直接在基材上蝕刻制作出所要之圖案，由于相當費時因而無法大量生產(chǎn)。以GaAs基材蝕刻窄圓柱式量子點之SEM影像

量子點的制備方法

4.分閘法：以外加電壓的方式在二維量子井平面上產(chǎn)生二維局限，可控制閘極改變量子點的形狀與大小，適合用于學術研究，無法大量生產(chǎn)。分閘法產(chǎn)生量子點之SEM圖像量子點的性質和用途量子點可視為電子物質波的共振腔，電子在量子點內(nèi)會有類似電磁波在一般共振腔中的共振現(xiàn)象。當局限位能壁較薄時，量子點中的電子可因為穿隧效應而逃離，我們稱之為開放式量子點，類似一個開放式共振腔，此時電子能級不再式穩(wěn)態(tài)，而是一種準穩(wěn)態(tài)，電子停留在準穩(wěn)態(tài)約一個生命周期后，就會逃離量子點。量子點的性質和用途量子點的用途相當廣泛，例如：可用于藍光輻射、光感測元件、單電子晶體、記憶儲存、觸媒以及量子計算等，在醫(yī)療上更利用各種光波長不同的量子點制成熒光標簽，成為生物檢測用的“納米條碼”。量子點在生物上的應用量子點通常以CdSe為核、CdS或ZnS為殼的核-殼型納米體，與傳統(tǒng)的有機染料相比，它有其獨特的性質：量子點具有較大的斯托克位移和狹窄對稱的熒光譜量子點在生物上的應用量子點在生物上的應用將不同熒光特征的量子點組合進內(nèi)部鏤空的高分子小球,從而形成具有不同光譜特征和亮度特征的可標記到生物大分子上的熒光納米球。Taylor等人用納米球標記的蛋白質來測定拉直的單個DNA分子，EcoRI酶能與20nm大小的熒光納米球通過酰胺鍵結合，通過12個氫鍵識別雙螺旋DNA分子的特定順序量子點在生物上的應用量子點在生物上的應用·溫度的高低直接影響到量子點顆粒的大小，一般情況T越高，制得量子點的顆粒越小，發(fā)出的熒光波長越短，因此顆粒大小不同的量子點，可以顯示出不同的顏色：量子點在生物上的應用用于追蹤神經(jīng)細胞膜中的氨基乙酸受體的活動性及擴散性生物芯片技術：量子點色彩的多樣性滿足了對生物高分子（蛋白質、DNA）所蘊含海量信息進行分析的要求：

將聚合物和量子點結合形成聚合物微珠，微珠可以攜帶不同尺寸（顏色）的量子點，被照射后開始發(fā)光，經(jīng)棱鏡折射后傳出，形成幾種指定密度譜線（條形碼），這種條形碼在基因芯片和蛋白質芯片技術中有光明的應用前景幻彩量子點制防偽鈔票·由于量子點的大小反射出不同顏色的可見光（2nm的量子點可反射出綠光，5nm則反射出紅光），美國曼徹斯特大學化學教授奧布賴恩有意用它來制造新的防偽鈔票上的條碼。探測DNA及蛋白質的性質·研究人員已經(jīng)能夠把多種量子點的混合物封裝進百萬分之一米直徑的橡膠球內(nèi)，這些橡膠小球會放射出