因为量子点的发现与合成的工作,Louis E. Brus和Aleksey Yekimov,Moungi Bawendi共同获得2023年诺贝尔化学奖。美国哥伦比亚大学教授路易斯·布鲁斯(Louis Brus)因量子点的工作获得2023年的诺贝尔化学奖。他向《自然-纳米技术》杂志讲述了他第一次接触胶体量子点的经历,这是他获得2023年诺贝尔化学奖的旅程的开始。他还为青年科学家提出了重要建议。
Louis Brus年轻的时候,一直在研究基质隔离光谱学:将小分子放入4K的稀有气体基质中,然后对其进行光谱学研究。他开发了一种观察化学中间体的时间分辨拉曼光谱学方法:其基本原理是一个激光脉冲会引发光化学反应,并产生某种激发态或自由基;然后再用第二个脉冲获取中间体的拉曼光谱,获得分子结构随着时间演变的信息。
他复现了合成半导体胶体的方法,然后注意到在一些样品中,胶体的带隙大于其对应体材料的带隙。这是一个惊喜。我们测量了吸收光谱,发现它有所不同。有时他在第一天制作胶体,它的吸收光谱会随着时间的推移而发生偏移。第二天第三天它的吸收光谱会发生红移。这个吸收光谱在带隙的边缘有一个“凸起”,而这在大晶体或体材料中并不存在。
他很快就发现了,这里的关键是从非常小的分子的电子行为到半导体块状晶体行为的转变。这只是基础研究,这个基本的科学认识在未来的电子行业中将十分重要。他在AT&T工作,即之前的贝尔实验室。所以,对于实验室来说,这是一个很好的基础研究课题,这能让我们了解随着半导体器件尺寸变小其性能会如何变化,而芯片上的晶体管一直在变小。
他曾在一段时间内试着同时做这两个项目,然后他意识到这对我来说太多了。在学术生涯中,没有其他人在研究这些小颗粒,所以我想对我来说,全职研究这些小颗粒可能更好。这大概是1985年。第一个招进来做这方面研究的博士后是Paul Alivisatos,是在1986年。在他来之前,他独自工作了三年,然后我们开始尝试改进合成,制造更小的颗粒,并将氧气排除在合成之外。
他最初合成的胶体真的很糟糕。它们有尺寸分布、形状分布、表面化学的不同分布。它们的荧光非常弱,因为它们缺陷太多。得到的数据不好令他很担心。我们会对这些粒子进行花哨的激光实验和表征,但很明显,它们几乎不是晶体。他与Alivisatos工作了两年,然后与Moungi Bawendi工作了两年,共同研究硒化镉型微粒的液相合成,并一步一步、一年一年地改进。
他并不满意,它是一种纳米晶体粉末,但仍然具有大小和形状的分布。当时,他们也尝试制造核壳粒子。他第一次尝试时,首先得到了硒化镉微粒的胶束溶液,然后需要慢慢加入锌和硫的试剂。它们不会单独成核,而是会在胶束中的硒化镉颗粒的表面生长,这样将会得到核壳结构:外面是硫化锌,里面是硒化镉。这很有趣。它有覆盖的作用,它消除了镉和硒化物上大部分的表面态,荧光增强了。
他认为要成为一名优秀的科学家,你必须很聪明,但你不必是一个天才。你只需要专心致志。你必须非常感兴趣,这样它既是你的爱好,也是你的工作。它必须是属于你的研究。星期六的早上,即使没有要求,你也想去实验室看看,因为那时很安静,没有人打扰。你可以不受干扰地工作,真正做出进步。这就是你需要的态度。