破解密码：研究人员为量子点开启了“新的合成前沿”

被称为量子点的半导体纳米晶体既在拓展纯科学的前沿，也在激光、量子QLED电视和显示器、太阳能电池、医疗设备和其他电子产品等实际应用中努力工作

本周发表在《科学》杂志上的一项生长这些微观晶体的新技术不仅发现了一种新的、更有效的方法来构建一种有用的量子点，而且为未来的研究人员探索开辟了一整套新的化学材料

“我很高兴看到全球的研究人员如何利用这项技术来制备以前难以想象的纳米晶体，”第一作者、芝加哥大学Talapin实验室的前博士后研究员Justin Ondry说。

该团队包括芝加哥大学、加州大学伯克利分校、西北大学、科罗拉多大学博尔德分校和阿贡国家实验室的研究人员，他们通过用熔融盐代替通常用于制造纳米晶体的有机溶剂来取得了这些显著成果，熔融盐就是撒在烤土豆上的过热氯化钠

芝加哥大学普利兹克分子工程学院（UChicago PME）和化学系的Dmitri Talapin教授说：“氯化钠在你心目中不是液体，但假设你将其加热到如此疯狂的温度，它就会变成液体。它看起来像液体。它的粘度与水相似。它是无色的。唯一的问题是，没有人认为这些液体是胶体合成的介质。”

为什么是盐

量子点是更为人所知的纳米晶体之一，不仅因为它们具有广泛的商业用途，还因为最近发现它们的团队获得了2023年诺贝尔化学奖

该论文的合著者、加州大学伯克利分校的Eran Rabani教授说：“如果说纳米世界中有一种材料在应用方面对社会产生了影响，那就是量子点。”

Rabani说，然而，之前对量子点的大部分研究，包括诺贝尔奖的工作，都是围绕使用元素周期表第二和第六族元素组合生长的点。这些被称为“II-VI”（二六）材料

更有前景的量子点材料可以在元素周期表的其他地方找到

元素周期表第三和第五族的材料（III-V族材料）用于最高效的太阳能电池、最亮的LED、最强大的半导体激光器和最快的电子设备。它们有可能制造出伟大的量子点，但除了少数例外，不可能用它们在溶液中生长纳米晶体。制造这些材料所需的温度对于任何已知的有机溶剂来说都太高了

熔盐可以处理热量，使这些以前无法接触到的材料变得触手可及

合著者Richard D.Schaller表示：“Talapin教授的团队首次开创了熔融盐合成的这一独特进步——许多以前无法进行胶体合成的材料。”他与阿贡国家实验室和西北大学联合任命。“现在，通过使用许多这些新可用的材料，可以取得基础性和应用性的进步，同时，现在社区可以获得一个全新的合成前沿。”芝加哥大学研究生、新论文的第二作者周梓睿说，量子时代是研究人员合成纳米晶体时忽视熔融盐的原因之一

盐的带正电的离子和带负电的离子有很强的相互吸引力。纳米晶体等小东西的表面电荷很小，因此研究人员认为，随着盐离子的引入，电荷会太弱而无法推回。任何生长的晶体在形成稳定的材料之前都会被压碎

以前的研究人员也这么认为

“这是一个令人惊讶的观察，”周说。“这与科学家们传统上对这些系统的看法非常矛盾。”

这项新技术可能意味着更好、更快的量子和经典计算机的新构建块，但对于研究团队中的许多人来说，真正令人兴奋的部分是为研究开展新材料

Ondry说：“人类历史上的许多时代都是由人类可用的材料定义的，比如‘青铜时代’或‘铁器时代’。”。“在这项工作中，我们已经解锁了合成近十几种新的纳米晶体成分的能力，这将使未来的技术成为可能。”