量子點：現狀、機遇和挑戰（二）

從發端到熱潮

量子點領域的發端，大約在70年代末。當時，西方國家的化學家受石油危機的影響，想尋找新一代能利用太陽能的光催化和光電轉換系統。借鑒半導體太陽能電池的原理，化學家們開始嘗試著在溶液中制備半導體小晶體，并研究它們的光電性質。有代表性的人物，包括美國的BARD和BRU、前蘇聯的Ekimov、德國的HENGLEIN等。

在實驗室里，他們發現了一個非常奇怪的現象。比如，硫化鉛的大塊單晶總是大家熟悉的黑色，但是，化學家在溶液中做出來的納米晶體顏色各不一樣，有的黃、有的紅、有的黑，有的甚至沒有顏色。到底發生了什么奇怪的事情？

最后，美國科學家BRUS前蘇聯的E-FROS給出了一個漂亮的解釋，這就是“量子限域效應”理論。他們倆的文章發表時間有些差，但由于前蘇聯的隔離，彼此并不知道對方的工作。

目前為止，這個領域還是化學家在起主導作用，合成出性能達到要求的量子點還是該領域最關鍵的事情。1990年以前，合成方法都是基于傳統的制備膠體小粒子的化學方法，例如共沉淀、微乳液、膠束等。這些方法能夠在一定程度上把尺寸控制在要求的范圍內，但光學性能非常差，基本上不發光。

量子點研究在1990年到1993年之間發生了一件非常重要的事情，出現了一種新的合成方法，叫“金屬有機-配位溶劑-高溫”路線，這個方法以具有高毒性、非常不穩定的二甲基鎘作為鎘源，在高溫（300攝氏度左右）、有機配位溶劑中合成高質量硒化鎘。這一方法，最早是Brus和Stigwald在貝爾實驗室發明，并于1990年發表了第一篇文章。因為該文描述非常簡單，所以沒有形成影響。后來，Brus博士后Bawendi去MIT任教，帶領他的學生認認真真把它系統化，最后變成了一個可以重復的合成反應。這個成型的反應于1993年發表在《美國化學會會志》上，從此使得高質量硒化鎘量子點成為可能。90年代后期，我在加州大學伯克利分校時，改進了該方法，其中的一部分工作發表在《自然》上。但是，我認為自己的這些工作（包括發表在《自然》的文章）遠沒有前面兩篇工作重要。當前大家都很看重Nature、Sci-ence，但過度解讀發表雜志表現的是“外行看熱鬧，內行看門道”。

1990年和1993年的兩篇奠基性工作，對于整個領域具有里程碑式意義。但是，這同時也給領域留下來一個挑戰。他們用的原料，是從“金屬有機氣相沉積“借鑒而來，其中的二甲基鎘是爆炸性的，即使是室溫也不穩定，其毒性很大，成本很高。這些因素，導致在后來10年間，這個領域發展并不快，而且只能做一種材料。

后來我到了阿肯色大學，我們找到了一種“綠色”有機溶劑路線，這個方法的價值在于，讓量子點的簡便合成走進了在全世界的實驗室。只要有一個普通的化學合成實驗室就可以做，在中國也可以做。進一步地，我們系統探索了量子點生長機理，使得相對高質量的量子點的范圍也逐步擴大到其它種類半導體。由于這些原因，這條“綠色“路線很快在全世界推廣（包括工業界和學術界），這也就在一個方面造成了我們發表的工作得到了較高的引用率。

現在回過頭去看，MIT和貝爾實驗室的方法的基本想法并不對。實際上，我們后來證明“金屬有機-配位溶劑-高溫”路線的三個因素都不是真正要素。相反，我們最近在浙江大學的實驗結果表明，在相對溫和的條件下做量子點合成會做得更好。那么，是不是“金屬有機-配位溶劑-高溫”路線是彎路呢？

我認為，科學研究分兩類，分別是“前瞻性探索”和“系統性攻關”。上述貝爾實驗室1990年的工作，就是典型的前瞻性探索，我們實驗室在本世紀的工作則更接近系統性攻關，而MIT的工作則處于承上啟下的作用。科學研究面對的未知世界、不像考試一樣有標準答案。因此，我們既不能否定前瞻性探索、也不應該看不起系統性攻關。目前中國科學研究有過于看重前者的傾向，對科學熱點過于關注。