北京時(shí)間10月4日17時(shí)45分，有著“理科綜合獎(jiǎng)”之稱(chēng)的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉。瑞典皇家科學(xué)院決定將2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家Moungi G.Bawendi、Louis E Brus，俄羅斯科學(xué)家Alexei l.Ekimov ，以表彰他們對(duì)量子點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)和研究。該獎(jiǎng)項(xiàng)的授予充分表明了量子點(diǎn)技術(shù)在科學(xué)領(lǐng)域中的又一重要突破。
圖1 來(lái)源：諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)官網(wǎng)。
量子點(diǎn)是一種納米級(jí)半導(dǎo)體發(fā)光材料，通過(guò)施加一定的電場(chǎng)或光壓，這些納米半導(dǎo)體就會(huì)發(fā)出特定頻率的光，而發(fā)出光的頻率會(huì)隨著半導(dǎo)體的尺寸的改變而變化。因此，我們通過(guò)控制它們的尺寸和形狀，就可以控制其發(fā)出的光的顏色（如圖2），從而獲得獨(dú)特的光學(xué)和電子特性（如圖2）。
圖2 量子點(diǎn)熒光隨尺寸的變化示例。
由于量子點(diǎn)豐富的物理化學(xué)性質(zhì)，吸引了很多學(xué)者投身其中，目前已經(jīng)形成了很多重要的前沿技術(shù)。除了我們熟知的已經(jīng)商業(yè)化的量子點(diǎn)液晶顯示以外，量子點(diǎn)還可以用于未來(lái)顯示、光伏發(fā)電、高性能激光光源應(yīng)用、單光子光源應(yīng)用以及作為熒光探針用于生物成像等。作為一種獨(dú)特的納米材料，在量子點(diǎn)的研究中，首先會(huì)關(guān)注其光譜特征和量子產(chǎn)率；在一些情況下，電致發(fā)光效率和熒光壽命也是需要被測(cè)量的參數(shù)。
寬廣的光譜測(cè)量
在生物熒光探針等應(yīng)用的量子點(diǎn)研究中，不僅需要測(cè)量可見(jiàn)光區(qū)的光譜，還可能需要測(cè)量近紅外紅外光的光譜。
圖3 從可見(jiàn)到近紅外連續(xù)光譜測(cè)量的雙探測(cè)器方案。
為了契合這樣的需要，濱松Quantaurus-QY plus中不僅配備了高靈敏度高信噪比背照式CCD探測(cè)器（探測(cè)范圍從紫外至約1100nm的近紅外，如圖3上左），而且配備了專(zhuān)門(mén)用于近紅外波段的InGaAs探測(cè)器（從850nm至1650nm，如圖3上右）。作為在光電行業(yè)深耕細(xì)作幾十年，光探測(cè)器產(chǎn)品線非常寬廣的技術(shù)型公司，濱松在Quantaurus系列產(chǎn)品中均選用了自產(chǎn)的探測(cè)器。并基于對(duì)探測(cè)器的深刻理解與定制，開(kāi)發(fā)出了特有的“光譜無(wú)縫縫合”技術(shù)，使得通過(guò)可見(jiàn)光探測(cè)器和近紅外探測(cè)器所得到的光譜能夠銜接在一起（如圖3），從而使用戶可以在350-1650nm的范圍內(nèi)，橫跨可見(jiàn)及近紅外區(qū)域得到完整且精準(zhǔn)的光譜和真實(shí)的量子產(chǎn)率數(shù)值。(如圖4）
圖4 文獻(xiàn)案例：橫跨可見(jiàn)到紅外的光譜測(cè)量。500nm左右的峰為吸收光譜，1300nm左右的峰為發(fā)射光譜。(N. Hasebe, et al. Anal. Chem.?87?(2015), 2360)。
精準(zhǔn)的量子產(chǎn)率測(cè)量
濱松量子產(chǎn)率測(cè)試儀對(duì)上至100%，下至1%以下的量子產(chǎn)率都具有非常準(zhǔn)確的測(cè)量能力（如圖5）。
圖5 濱松量子效率分析儀對(duì)一些標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)試值與文獻(xiàn)值的對(duì)比(K. Suzuki, et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (2009), 9850)。
為了得到精確的結(jié)果，除了在硬件方面精益求精，濱松也一直在研究量子產(chǎn)率測(cè)量中的各種誤差來(lái)源。
比如對(duì)于許多量子點(diǎn)，激發(fā)光譜和發(fā)射光譜會(huì)有所重疊（如圖6）；這意味著量子點(diǎn)發(fā)出的熒光有可能被自身再次吸收——這種自吸收（reabsorption)現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致量子產(chǎn)率的測(cè)量值低于真實(shí)值，而且越濃的溶液低估得越厲害（如圖7）。
圖6 幾種量子點(diǎn)的吸收及發(fā)射光譜。實(shí)線為吸收光譜，多點(diǎn)連線為發(fā)射光譜；藍(lán)綠黑紅對(duì)應(yīng)著量子點(diǎn)尺寸從小到大。(U. Resch-Genger, et al. Nat. Methods 5 (2008), 763)。
針對(duì)這種低估量子產(chǎn)率的可能，濱松運(yùn)用了對(duì)應(yīng)的自動(dòng)測(cè)量流程及算法（K. Suzuki, et al. Phys. Chem. Chem. Phys.?11?(2009), 9850）保證得到準(zhǔn)確的量子產(chǎn)率讀數(shù)（如圖7）。
圖7 自吸收（Reabsorption)校正結(jié)果示例(K. Suzuki, et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (2009), 9850)。
濱松量子產(chǎn)率測(cè)量?jī)xQuantaurus-QY plus
