量子點或許將在照明、計算和醫學影像方面開啟新的可能性，這一切源於俄克拉荷馬大學的研究人員所取得的一項重大突破。該團隊成功地將錳元素加入這些微小半導體晶體的結構中，使得這些量子點具備了磁性，這一成果在業界內部被認為是難以實現的。這一發現不僅引入了新的鈣鈦礦納米材料分支，還預示著量子點設計功能的變革。這項研究的重點是氯化銫鉛納米粒子，稱為 CsPbBr3。這些粒子目前已被用於顯示器、LED 照明以及實驗性能源系統。助理教授董逸彤表示，將錳這種優秀的磁性摻雜劑整合到氯化銫鉛納米粒子中是非常困難的。我們的論文詳細描述了一種高效且穩定的方法來達成這一目標。我們成功地摻雜了被認為無法摻雜的材料。量子點的尺寸極其微小，且其尺寸決定了它們所發出顏色。這種調整顏色的能力使它們在太陽能電池、醫學影像、通信系統和現代電子產品中變得非常有價值。研究人員多年來一直試圖將錳整合到這些量子點中，因為它具有優良的光學和磁性特性。早期的嘗試僅添加了少量錳，從未達到實用水平。董教授的團隊找到了一種變通的方法，通過去除一些帶正電的銫離子，形成了富溴化環境。一旦引入錳離子，這些量子點就會吸收它們，並替換掉幾乎 40% 的鉛原子。這一變化立即可見，摻雜前，這些點發出藍光，而摻雜後則發出接近完美效率的暖橙光。董教授指出，大多數量子點在物理尺寸變化時會改變顏色，但在這個案例中，顏色的變化是由於化學改變而非物理尺寸的改變。實際上，這些晶體吸收了錳，最終成功地以非常高的濃度進行了摻雜，他說。
這一突破可能會對多個行業產生影響。橙光對眼睛的刺激較小，更適合室內農業，因為許多植物能更有效地吸收較暖的光線。改進的光學特性還可能使太陽能電池的效率更高。董教授的團隊表示，這些量子點的製造成本可能更低，因為它們不需要額外的保護塗層。錳的引入使得這些量子點具有磁性，這為醫學掃描、旋轉電子學及新型通信技術的應用開闢了道路。量子計算可能是潛力最大的領域之一。摻雜後的量子點可以作為量子位，通過光而非電力進行控制，這樣能減少干擾並提高穩定性。董教授表示，還需要進一步研究，以控制不同粒子尺寸的摻雜水平，以及研究錳離子在結構中的行為。我們非常興奮，因為一個新的材料家族能夠進入這個領域，他說。這些材料便宜、可擴展且在沒有大量工程的情況下效率驚人。通過摻雜，它們的多功能性將進一步提升。該研究已發表在《美國化學學會期刊》中。
