來自奧克拉荷馬大學的研究人員最近在量子點技術上取得了一項重大突破，這可能為照明、計算和醫學影像等領域開啟新的可能性。該團隊成功地將錳融入這些微小的半導體晶體結構中，這一技術長期以來被認為是不可行的。這一發現標誌著鈣鈦礦納米材料的新分支，並顯示出量子點設計的潛力將會發生變化。
研究的重點是已經在顯示器、LED 照明和實驗性能源系統中應用的鉛溴化銫納米顆粒，稱為 CsPbBr3。助理教授董逸通表示：「將一種良好的磁性摻雜劑——錳，集成到這些顆粒中是相當困難的。我們的論文詳細描述了一種高效且一致的方法來實現這一目標。我們已經摻雜了本來無法摻雜的材料。」
量子點非常小，其尺寸決定了它們發射的顏色。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具有重要價值。研究人員多年來一直試圖將錳集成到這些量子點中，因為它具有優越的光學和磁性特性。早期的嘗試僅添加了少量錳，從未達到實用水平。董的團隊找到了一種替代方法，通過去除一些帶正電的銫離子，形成富溴化的化學環境，然後引入錳離子，結果顆粒吸收了錳並取代了近 40% 的鉛原子。
這一變化是立即可見的。在摻雜前，這些量子點發出藍色光；而摻雜後，則發出接近完美效率的暖橙色光。董指出，大多數量子點在其物理尺寸變化時會改變顏色，但在這種情況下，顏色的變化是由化學改變引起的。他解釋說，這些晶體吞噬了錳，成功實現了高濃度的摻雜。
這一突破可能會影響多個行業。橙色光對眼睛的刺激較小，並且在室內農業中更有效，因為許多植物更有效地吸收暖色光。改進的光學特性也可能提高太陽能電池的效率。董的團隊表示，這些量子點的製造成本可能更低，因為不需要額外的保護塗層。此外，錳的引入使得這些量子點具有磁性，為醫學掃描、基於自旋的電子學以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。摻雜的量子點可以作為量子位，使用光而非電力來控制，這將減少干擾並提高穩定性。董表示，還需要更多的研究來控制不同顆粒尺寸的摻雜水平，以及研究錳離子在結構內的行為。他強調：「我們非常興奮，因為一個新的材料家族可以加入這一領域。它們便宜、可擴展，並且在不需要大量工程的情況下具有驚人的效率。通過摻雜，它們的多功能性將進一步增強。」該研究發表在《美國化學會期刊》中。
