在微观世界中，存在着许多神秘的现象，而量子点（Quantum Dots）则是其中之一，它们在近年来备受研究者和科学家的关注，特别是今年的诺贝尔化学奖颁发给了量子点的相关研究，相信会掀起有一股量子点研究的热潮。
图1. 2023 诺贝尔化学奖
量子点不仅拥有引人入胜的物理性质，还在许多领域中具有潜在的应用，从显示技术到医学成像。在本文中，我们将探讨什么是量子点及量子点的应用。
量子点是纳米级别的半导体材料，通常由化合物半导体如硒化镉（CdSe）、硒化锌（ZnSe）或磷化铟（InP）等制成。它们之所以如此特殊，是因为当它们的尺寸缩小到几纳米（纳米是一个亿分之一米）时，它们的电子结构会发生显著变化。
图2. 量子点的尺寸及颜色
在普通的半导体中，电子的能级是连续的，但在量子点中，由于其微小的尺寸，电子的能级变得量子化，即只允许某些离散的能级存在。这种现象使得量子点表现出一系列独特的光学和电子性质，其中最引人注目的是荧光性质。
量子点之所以在光学方面如此引人注目，是因为它们表现出量子尺寸效应。当外部能量（如光）照射到量子点上时，其中的电子会被激发到一个高能级态。随后，这些电子会重新回到其基态，释放出能量。这个释放的能量通常以光子的形式散发出来，产生明亮的荧光。
令人惊奇的是，量子点的荧光颜色取决于其尺寸。较小的量子点通常发射蓝色光，而较大的量子点则发射红色光。这种尺寸相关的荧光特性使得量子点在多色成像和显示技术中非常有用。
图3. 量子点的应用
1. 显示技术
量子点已经被广泛用于改进液晶显示（LCD）技术。它们可以作为发光材料添加到液晶屏幕中，以提供更广色域和更高的色彩饱和度。这使得电视、手机和计算机显示屏能够呈现更生动、更真实的图像。
2. 生物医学成像
在生物医学领域，量子点也被用于标记和追踪生物分子和细胞。由于其亮度和多色发射特性，它们在荧光显微镜、细胞追踪和癌症诊断中具有潜在的应用价值。此外，研究人员正在研究将量子点用于药物传递和治疗。
3. 太阳能电池
量子点还被用于太阳能电池技术。它们可以增强光电转换效率，因为它们能够捕获和利用光谱中不同波长的光线。这为可再生能源领域提供了一种有望提高太阳能电池性能的途径。
4. 环境污染监测
量子点还可用于环境污染监测。它们可以作为高灵敏度的传感器，用于检测水中重金属离子或其他有害物质的存在。这有助于提高对环境问题的监测和管理。
今天我们对量子点做了简单的一个介绍，《生物学中的荧光光谱学和显微技术》书中并没有收录量子点的相关研究，有可能是因为本书更加聚焦在生物学中，而量子点潜在的生物安全性目前并没有比较好的解决办法，但是量子点奇特的光学特性在非生物学应用中的优势则更加明显。
