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量子点，让“视”界更精“彩”
Nanosys提供的量子点(QD)解决方案能够为所有类型的显示器提供最佳性能，包括LCD、迷你LED、OLED、微型LED和纳米LED等，采购商涵盖三星、LG、索尼、VIZIO、TCL、海信、宏基、华硕......
“2023年是量子点之年，”Nanosys董事会成员Bruce Berkoff表示，“液晶电视代表了量子点技术的一个巨大市场机会。随着2023年对QD显示器需求的加速增长，2023年将成为真正的量子点之年，这一点也将变得越来越明显。”
量子点是直径只有几纳米的半导体材料颗粒。也被称为 “人造原子”（尽管比原子大得多），当涉及到它们与电子的关系时，这些点的作用类似于原子：它们是如此之小，以至于它们的电子被“困住”，其行为与原子类似。当紫外光照射到量子点时，它的电子被提升到一个更高的能量状态；当电子回落到它们的基态时，两个状态之间的能量差就以光的形式释放出来。
它们被称为量子点有两个原因：
- 首先，它们表现出量子特性，这要归功于它们将电子限制在自己内部的方式。量子效应是那些科学家仍在试图完全理解的亚原子物理定律，但我们已经可以在量子计算机等设备中应用它们。
- 它们被称为点，因为它们是如此之小、几乎是零维的。换句话说，它们是一个没有宽度、长度或高度的单点。事实上，它们有几十个原子宽；但它们非常接近于零维的点，以至于量子力学的“古怪规律”开始发挥作用。
人眼可能看不到量子点，但它们是真实存在的。这些微小的人造晶体直径为 2-8 纳米，就像半导体一样：当受到光或电的激发时，它们会以光的形式发射能量。每个量子点显示器内部都有数万亿个这样的微小晶体。
量子点类似于被激发的原子，但它们在一些基本方面有所不同。我们从原子或量子点中得到的光等于有多少能量被吸收和释放，这决定了光的波长，因此也决定了光的颜色。不过，一种类型的原子（如铁、钠）将总是发出相同波长的颜色。
另一方面，量子点都可以由相同的半导体材料制成、根据其大小不同而产生不同的波长。“点”越大，波长就越长，反之亦然。因此，较大的点（620 至 750 纳米）倾向于光谱的红端，较小的点（440 至 470 纳米）倾向于蓝端。
量子点的这一特性意味着科学家可以精确地控制彩色光的发射，从而产生明亮、准确的颜色。
量子点有一个精确的结构——因为它们是晶体。现在，我们的微芯片所使用的硅片也同样是作为晶体生长的，它们可以组织成原子图案；这就是为什么我们可以在纳米尺度上制造具有精确结构的量子点。如果我们不得不一个原子一个原子地制造它们，它们就不太实用了！
具体来说，科学家们可以通过向基底发射原子束来构建晶体、可以向半导体基底发射离子（自由电子）、使用X射线、使用化学过程、甚至使用生物过程来制造。
目前，有两种主要的策略来制造QD：基于真空的物理方法和湿化学方法(wet-chemical approach)。其中，生物制造研究仍处于非常早期的阶段。
那么，这些量子点又可以在哪里使用呢？
与其他半导体相比，窄带cQD发射在产生纯色方面具有竞争优势，这是下一代显示器的必要条件。
——除了大多数人知道的QD-OLED和QLED显示器外，这些看不见的“点”在许多不同的技术中也有许多应用。
半导体激光器是应用于多种技术的相干光源，包括光通信、片上互连、数字投影系统、制造、手术器械、计量和新兴量子信息技术。虽然cQD激光器仍处于探索设备的阶段，但基于外延量子点(eQD)的激光器已经实现了技术成熟。如今，eQD激光器已成为硅光子学、光学互连、电信和数据中心的关键组件。
太阳能电池板是量子点的一个主要潜在应用。今天的硅基太阳能电池在从光中收集能量方面已经相当有效，但是，由于量子点可以被“调整”为吸收来自电磁波谱不同部分的光，它们可以带来更高效的太阳能电池板。这些电池板不仅效率更高、而且生产成本也更低：因为制造必要的量子点的过程相对简单。
理论上，科学家可以制造一个纯量子点太阳能电池；但它们同时也可以用于混合太阳能电池、提升其他太阳能发电技术的效率。
量子点可以产生纠缠光子（例如，通过双激子级联复合使用它们的偏振自由度），因此，量子点可用于光子探测器，在生物医学方面有令人兴奋的潜力，甚至可以制造出更便宜、更有效的发光二极管。
QD吸收的宽光谱可调性，加上光生电荷载流子的良好迁移率，使其成为波长超过硅带隙的光学传感器应用的竞争候选者。
量子点的一个令人兴奋的应用是在癌症治疗中，量子点被设计为在特定目标器官中积累，以释放抗癌药物以及先进的成像；它们甚至可以在肿瘤的早期诊断中发挥作用。
量子点也可能是光子计算的关键。因为已有的计算体系中，电路变得如此之小，量子效应使得电子不可能通过它们流动，用光子计算可能是下一步。量子点可能会解决光子计算仍然面临的几个问题。
美国著名物理学家Richard Feynman经常被引用的一句话是：“如果你认为你了解量子力学，你就不了解量子力学。” 因此，我们最好承认自己并不真正了解量子点。
目前，我们所了解的是它们有多大的用途，以及除了制造更漂亮的电脑屏幕之外，它们还能实现哪些惊人的技术革新。
可以引起共鸣的是，我们需要进一步提高QD的技术影响力、需要在多个方面继续取得进展，包括QD的合成和组装、与现有技术平台的整合，以及有效的QD专用设备设计的发展。
在实现cQD LED商业化的道路上仍然存在挑战。到目前为止，性能最好的设备仍然依赖于镉或铅，这些都是高毒性的重金属。另一个挑战是需要对cQD进行像素化处理，以实现高分辨率、基于多色的LED显示。为此已经探索了不同的光刻和印刷技术，但还没有完全满足分辨率、保真度和产量的要求。
在QD应用于非经典量子光源（如单光子和纠缠光子源）时，高精度的位置和波长控制以及与量子电路的集成也是重要的问题。非经典量子光源是量子密钥分发、量子通信的量子中继器系统中不可或缺的设备。新兴的分布式量子计算机系统（边缘量子计算系统）将通过量子网络相互连接。在这种情况下，基于按需和高效的非经典量子光源的量子通信将发挥巨大作用。
此外，基于半导体QD的量子比特是实现量子计算机系统的关键候选之一。到目前为止，这些都是通过使用电场诱导的耗尽效应下的QD来实现的；依靠第四族如硅或锗的eQD正在成为下一代的量子比特。QD在量子传感和计量方面的应用也可以使QD取代金刚石的氮空位中心和碳纳米管。
参考链接：[1]https://nanosys.com/science[2]https://www.businesswire.com/news/home/20230411005852/en/2023-is-the-%E2%80%9CYear-of-the-Quantum-Dot%E2%80%9D-with-Several-Major-Milestones-for-Nanosys%E2%80%99-Quantum-Dot-Technology-in-the-Display-Market[3]https://www.howtogeek.com/773229/what-is-a-qd-oled-display/[4]https://www.science.org/doi/10.1126/science.aaz8541[5]https://mp.weixin.qq.com/s/cSd_SPSR5-3sN9Kv-IZWyg
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