一旦物質的大小達到百萬分之一毫米級別，奇怪的現象——量子效應，就會開始出現，挑戰我們的直覺。你會像電影《綠野仙蹤》中的多蘿西一樣：當一場強大的龍捲風席捲了她的房子後，她推開門，一切都改變了——她進入了一個神奇的「彩色世界」。
當粒子直徑僅幾納米時，其顏色取決於粒子的大小。圖片來源：諾貝爾獎官網
假設一場魔法龍捲風也能席捲我們的生活並將一切縮小到納米尺寸，那我們必然也會收穫和多蘿西一樣的驚訝。但世界也就此變得五光十色：小小的金耳環可能會突然發出藍色的光芒；同樣材料的金戒指則會發出紅寶石樣的光芒；如果我們嘗試使用燃氣灶煎東西，完全不同火焰可能會讓煎鍋融化；家裡的白色牆壁（其油漆中含有二氧化鈦）則會不停產生大量活性氧。
上面的異想場景告訴我們，在納米世界中，事物的展現可能怪異而迷人。
憑藉獲得2013年諾貝爾化學獎的三位先驅的工作，現在人們，已經能夠「操控」納米世界的一些奇特特性了。
但在展開這些美麗描述之前，讓我們先來揭開今年諾貝爾化學獎的「艱難之路」。
付諸實踐？當時的技術還不行
科學家其實很早就知道，理論上納米粒子中可能會出現與尺寸相關的量子效應。早在1937就已有此預測，無數科學家為之着迷，並努力嘗試在現實中展示它們。但這說起來容易做起來難，因為他們需要「雕刻」一個比針頭小一百萬倍的結構。
在當時，幾乎不可能在納米尺寸上完成。因此也很少有人相信這些知識會被付諸實踐。
儘管如此，在20世紀70年代，研究人員還是有所突破。他們利用一種分子束，在塊狀材料上製造出了一層納米級厚度的塗層。組裝完成後，他們發現該塗層的光學特性可以隨其厚度的變化而變化，這一觀察結果與量子力學的預測相吻合。
在這一驗證中，研究人員需要超高真空和接近絕對零度的溫度，條件可謂十分嚴苛。看起來，未來的研究之路也將十分艱難。
柳暗花明，彩色玻璃帶來轉折
然而，科學時不時會帶來意想不到的結果，這一次，轉折點就出現在對一項古老發明的研究上：彩色玻璃。
彩色玻璃有數千年歷史，很早期的玻璃製造商就會添加了銀、金和鎘等物質，以在不同的溫度下生產出色澤美麗的玻璃。
正因為此，當物理學家剛開始研究光的特性時，彩色玻璃就派上用場了——可用它來濾掉特定波長的光。物理學家也開始自行製造玻璃，並由此獲得了重要的發現：一種物質就可以產生具有多種不同顏色的玻璃，而具體會產生哪一種顏色，取決於加熱程度和冷卻方式。他們還證明，顏色的形成來源於玻璃內部形成的顆粒，並且可形成的顏色取決於顆粒的大小。
時間到了20世紀80年代初，阿列克謝·葉基莫夫成功地在有色玻璃中創造出依賴於尺寸的量子效應，其顏色來自氯化銅納米顆粒，他的研究證明，顆粒尺寸會通過量子效應影響玻璃的顏色。
這是科學家首次成功地刻意製造出量子點。
出現變化？這是量子效應
幾年後，路易斯·布魯斯成為世界上第一位證明流體中自由漂浮粒子的尺寸也依賴量子效應的科學家。
布魯斯當時在美國貝爾實驗室工作，長期目標是利用太陽能實現化學反應。他的研究需要使用到硫化鎘顆粒，而這種顆粒可以捕獲光，並利用其中的能量來驅動反應。
布魯斯有時會將這些顆粒做得非常小以方便實驗。但有一次，他發現了奇怪的事情——當他將它們放在實驗台上一段時間後，它們的光學特性發生了變化。他意識到，這可能是因為顆粒變大了。
多番證實後，和葉基莫夫一樣，布魯斯明白他觀察到了與尺寸有關的量子效應。他於1983年發表了自己的發現。
無處不在，量子點應用超乎想象
到了1993年，蒙吉·巴文迪徹底改變了量子點的化學生產方式，產生了近乎完美的粒子。巴文迪和團隊使特定尺寸的納米晶體生長了出來，在這個過程中，溶劑可以令晶體的表面變得光滑且均勻。
這種高質量，密切關係到其實際應用。
因為它幾乎決定了後來的我們僅通過改變粒子的大小，就可以精準確定粒子的發光顏色。
客廳里，電視屏幕顯示圖像所需的三基色光；書房中，LED燈的光線既能像日光一樣充滿活力，又能使其像暗淡燈泡發出的暖光一樣平靜；實驗室里，生物學家將用量子點與生化分子相連接，以便繪製細胞和器官圖譜；醫院中，醫生已開始研究用量子點追蹤體內腫瘤組織。
「量子點具有許多迷人且不尋常的特性。重要的是，它們根據尺寸的不同而具有不同的顏色。」諾貝爾化學委員會主席約翰·克維斯特說。此時此刻，量子點正在前所未有的為人類服務，未來它們可為柔性電子產品、微型傳感器、更薄的太陽能電池和加密量子通信作出巨大貢獻。
而人類才剛剛開始探索這些微小顆粒的潛力，我們仿如踏入納米世界的多蘿西，還有無數未知等待探索。-（來源：科技日報/極目新聞）
