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 在太陽能電池板、相機傳感器和醫(yī)學成像工具中發(fā)現(xiàn)的先進電子產(chǎn)品中，被稱為量子點的微小、易于生產(chǎn)的粒子，可能很快就會取代更昂貴的單晶半導體。盡管量子點已經(jīng)開始以量子點電視的形式進入消費市場，但長期以來，量子點電視的質(zhì)量一直存在不確定性，阻礙了其發(fā)展?，F(xiàn)在，斯坦福大學的研究人員開發(fā)的一種新的測量技術(shù)可能最終會消除這些疑慮。

　　傳統(tǒng)的單晶半導體，在真空中特殊條件下生長。我們可以在弗拉斯克的實驗室里大量制造這些晶體，我們已經(jīng)證明它們和最好的單晶一樣好，斯坦福大學化學研究生戴維·哈尼菲(David Hanifi)說。

　　研究人員專注于量子點如何有效地重新發(fā)射它們所吸收的光，這是衡量半導體質(zhì)量的一個指標。雖然之前對量子點效率的研究暗示了量子點的高性能，但這是第一個自信地證明量子點可以與單晶競爭的測量方法。

　　這項工作的結(jié)果是一個合作的實驗室Alberto Salleo斯坦福大學材料科學與工程教授和保羅Alivisatos納米科學和納米技術(shù)的三星特聘教授，在加州大學伯克利量子點的先驅(qū)研究論文的資深作者。Alivisatos強調(diào)了測量技術(shù)如何能夠引領(lǐng)新技術(shù)和新材料的發(fā)展，而這些新技術(shù)和新材料要求我們在很大程度上了解半導體的效率。

　　在99到100之間

　　能夠放棄昂貴的制造設(shè)備并不是量子點的唯一優(yōu)勢，甚至在這項工作之前，就有跡象表明量子點的性能可以接近或超過一些最好的晶體。它們也是高度可定制的，改變它們的大小會改變它們發(fā)出的光的波長，這對于基于顏色的應用程序來說是一個有用的特性，比如標記生物樣本、電視或電腦顯示器。

　　盡管有這些優(yōu)點，量子點的小尺寸意味著可能需要數(shù)十億個量子點才能完成一個大的、完美的單晶的工作。制造這么多這樣的量子點意味著有更多的機會導致某些東西生長不正常，也意味著有更多的機會出現(xiàn)可能妨礙性能的缺陷。以前測量其他半導體質(zhì)量的技術(shù)表明，量子點發(fā)出的光超過它們所吸收光的99%，但這還不足以回答關(guān)于它們潛在缺陷的問題。為了做到這一點，研究人員需要一種更適合精確評估這些粒子的測量技術(shù)。

　　哈尼菲說，我們想要在99.9%到99.999%的范圍內(nèi)測量發(fā)射效率，因為如果半導體能夠像它們吸收的每一個光子那樣重新發(fā)射，你就可以制造出以前從未有過的設(shè)備。

　　研究人員的技術(shù)包括檢查被激發(fā)的量子點產(chǎn)生的余熱，而不是僅僅評估光的發(fā)射，因為余熱是低效發(fā)射的標志。這種通常用于其他材料的技術(shù)從未被用于以這種方式測量量子點，而且它的精確度是過去其他材料的100倍。他們發(fā)現(xiàn)，一組量子點可以可靠地發(fā)出它們所吸收光的99.6%(在任何方向上都有0.2%的潛在誤差)，這與最好的單晶輻射相當。

　　與人們的擔憂相反，研究結(jié)果表明量子點具有驚人的容錯能力。該測量技術(shù)也是第一個能堅定地解決不同量子點結(jié)構(gòu)之間的比較的方法，量子點具有精確的8個原子層，一種特殊的涂層材料能以最快的速度發(fā)光，這是一種卓越質(zhì)量的指標。Alivisatos說，這些點的形狀應該指導新型發(fā)光材料的設(shè)計。

　　全新的技術(shù)

　　這項研究是由能源資助的能源前沿研究中心的一個部門的一系列項目的一部分，該中心被稱為熱力學極限光子學。該中心由斯坦福大學材料科學與工程副教授詹妮弗·迪翁(Jennifer Dionne)領(lǐng)導，其目標是創(chuàng)造出光學材料，能以最高效率影響光的流動的材料。

　　該項目的下一步是開發(fā)更精確的測量方法。如果研究人員能夠確定這些材料的效率達到或超過99.999%，那就為我們從未見過的技術(shù)開辟了可能。這些可能包括新的發(fā)光染料，以增強我們在原子尺度上研究生物學的能力，發(fā)光冷卻和發(fā)光太陽能集中器，這允許相對較小的一組太陽能電池從大面積的太陽輻射中吸收能量。盡管如此，他們已經(jīng)建立的測量方法是他們自己的一個里程碑，可能會鼓勵量子點研究和應用的更直接的推進。

　　哈尼菲說，從事量子點材料研究的人們十多年來一直認為，量子點可以像單晶材料一樣高效，現(xiàn)在我們終于有了證據(jù)。