一种开创性的发展量子点的方法，不仅导致了一种更有效的创建有益类型量子点的方法，还揭示了一系列创新化学材料供研究人员进一步研究。通过使用熔盐而不是有机溶剂，科学家们能够制造“之前难以想象的纳米晶体。”
量子点是一类半导体纳米晶体，正在推动科学研究和实际应用的进步，包括激光、量子QLED电视和显示器、太阳能电池板、医疗仪器以及各种电子设备。
本周在Science上介绍的这种新方法，用于生长这些微小晶体，不仅提供了一种更有效的方法来生产一种有价值的量子点，同时为一系列新的化学材料奠定了基础，这些材料适合研究人员在未来进行探索。
“我很激动看到全球的科学家如何利用这一技术创建曾被认为不可能的纳米晶体，”第一作者贾斯廷·翁德里（Justin Ondry）表示，他曾是芝加哥大学塔拉平实验室的博士后研究员。
研究团队由来自芝加哥大学、加州大学伯克利分校、西北大学、科罗拉多大学博尔德分校以及阿贡国家实验室的学者组成，通过用熔盐替代传统的有机溶剂，取得了这些重大突破——本质上是超热的氯化钠，类似于用于烤土豆的那种。
“氯化钠通常被认为不是一种液体，但如果你将其加热到极端温度，它会变成液体。它看起来像水，具有类似的粘度，并且是无色的。挑战在于，没有人考虑过这些液体作为胶体合成的介质，”来自芝加哥大学普立兹克分子工程学院（UChicago PME）及化学系的德米特里·塔拉平教授（Prof. Dmitri Talapin）解释道。
为什么使用盐？
量子点不仅因其广泛的商业应用而受到认可，而且由于2023年诺贝尔化学奖授予首次识别它们的团队也显得尤为重要。
“如果说有哪种纳米材料通过其应用显著影响了社会，那就是量子点，”加州大学伯克利分校的埃兰·拉巴尼教授（Prof. Eran Rabani），本研究的共同作者表示。
然而，拉巴尼指出，以前关于量子点的研究，包括诺贝尔获奖的工作，主要集中在由周期表的第二和第六组元素制成的点，即“II-VI”材料。
在周期表的其他区域，量子点更具前景的资源存在。
来自第三和第五组的材料（III-V材料）通常用于最有效的太阳能电池、最明亮的LED、最强大的半导体激光和最快的电子设备。这些材料将可能形成出色的量子点，但直到现在，几乎不可能在液体溶液中从它们生长纳米晶体，因为所需的热量对于任何已知的有机溶剂来说都太高。
熔盐能够承受这些高温，使得这些之前难以获得的材料变得可用。
“塔拉平教授的团队在熔盐合成方面的重大进展，正在使许多以前不可能胶体合成的材料变得可能，”共同作者理查德·D·沙勒（Richard D. Schaller）表示，他同时在阿贡国家实验室和西北大学担任职务。“现在可以使用许多这些新获得的材料实现基础和应用方面的进展，开启了一个新的合成领域供研究界探索。”
量子时代
芝加哥大学研究生周子瑞（Zirui Zhou），本研究的第二作者，表示，研究人员之前忽视熔盐作为合成介质的一个原因是其强极性。
盐的正负离子之间的强相互吸引使科学家们认为，像纳米晶体这样的带电微小实体永远无法克服这种吸引力，导致任何生长的晶体在形成稳定结构之前就会崩溃。
然而，研究人员可能低估了这一过程。
“这是一个令人惊讶的发现，”周表示，“这与科学家们传统上对这些系统的看法相悖。”
这种新方法可以作为开发增强型量子计算机和经典计算机的基础，但对许多团队成员来说，最令人兴奋的一点是它使得一系列新的材料得以研究。
“在人类历史上，我们常常通过所使用的材料来定义时代——考虑一下‘青铜时代’或‘铁器时代’，”翁德里说道。“这项工作使我们能够合成近十种新的纳米晶体成分，为未来的技术进步铺平了道路。”
