量子材料

        特性及优势

        与其他纳米晶材料不同，量子材料是以半导体晶体为基础的，尺寸在1~100纳米之间，每一个粒子都是单晶。
        量子材料的优势来源于半导体纳米晶的量子限域效应，或者量子尺寸效应。当半导体晶体小到纳米尺度（1纳米大约等于头发丝宽度的万分之一），不同的尺寸就可以发出不同颜色的光。
 

        应用前景

        目前，纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展都有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。纳米半导体材料——量子材料脱颖而出，并以其跨时代意义的应用前景，给科学界带来了无限遐想。有科学家就认为，量子材料将会成为发展新特性、新效应、新原理和新器件的基础，成为基础科学的新基石。
        生物医疗领域
        量子材料可以应用在生物医疗领域。通过量子材料把细胞的骨架完全显示出来。与其它种类的检测手段相比，量子发光材料做检测具有独特优势，可以利用量子材料的不同颜色来同时检测多种病菌或者农药残留，而且因为量子材料吸收能力非常大，能够大大提高灵敏度。
        照明产业
        量子材料也能应用于照明产业。目前照明消耗的能量大致相当于电能的20%。但人造光源的光效率是很低的。例如，照明质量高的白炽灯，光效只有2%。如果能把效率提高到20%，就意味着能节省能源消耗的20%。美国能源部的固态照明路线图写了一段话：量子材料在人类照明领域将起到重要作用。
 

        移动设备
 

        亚马逊的Kindle Fire HDX 7及曲面电视QH8800S-CUD，都已走进我们的日常生活当中。尤其TCL量子材料曲面电视实现了高达110%的超高色域，一举打破了LED电视产业十多年来的色域瓶颈，有力证明了量子材料技术对各个产业的巨大颠覆力。
        此外京东方等半导体显示企业，看中量子材料技术为液晶显示器所带来的高色域，已全面展开对量子材料背光等相关技术的研究，并推出多项产品。苹果也在去年申请了一项对量子材料显示技术研究的相关专利。苹果未来的产品或采用量子材料显示技术，提升视网膜显示屏的色彩精度、改善图像质量，为其产品带来新的竞争优势。
 

        新能源领域

        2010年富士通等成立的风险企业“QDLaser”与东京大学合作量产了面向光通信市场的量子激光器。量子激光器比传统激光器的耗电量小，相对于光输出温度变化的稳定性高。
        2010年代应用于太阳能电池的开发活跃起来。如果在太阳能电池单元上采用量子材料，就可以使用原来无法利用的波长。也就是说，能够制造效率非常高的太阳能电池。
        2012年东京大学利用基于量子的中间能带方式太阳能电池单元证实，单元转换效率高达20%以上。
        2013年日本物质材料研究机构（NIMS）也在中间能带方式的量子型太阳能电池单元上成功采用了以前难以使用的450～750nm区域的波长。
 

        通信技术

        量子还能够应用于量子计算机及量子加密通信等新一代信息处理和通信技术。
        2011年10月，中国在国际上首次成功实现百公里内量子实现信息传输，这为中国发射全球首颗“量子通信卫星”奠定技术基础。
        2013年11月19日香港《大公报》刊文称，为防止信息被窃听的最有效方法是进行加密，中国在量子通信领域已经走在世界前列，并在潜艇上先行先试，深海保密通信取得了成功。
        2014年2月日本东京大学采用GaN类纳米线量子，成功地在室温下生成了单一光子。单一光子源是实现在单个光子上承载信息的信息处理（量子信息处理）的重要元件之一。 
 

        发展历程
 

        量子材料领域的发端，大约在70年代末。当时，西方国家的化学家受石油危机的影响，想寻找新一代能利用太阳能的光催化和光电转换系统。借鉴半导体太阳能电池的原理，化学家们开始尝试着在溶液中制备半导体小晶体，并研究它们的光电性质。有代表性的人物，包括美国的bard和brus、前苏联的ekimov、德国的henglein等。
        从80年代开始，生物学家对量子材料也产生了浓厚的兴趣。在经过多年的研发之后，量子材料制备技术得到不断提高。当它1998年第一次被作为生物荧光标记，应用于活细胞体系时，量子材料的研究热潮被全面引爆，从电子与光学扩充到了生命科学领域。 
        目前，国内彭笑刚课题组合成了一种适合于LED的量子发光材料，与浙江大学金一政课题组合作做成了新型的量子发光二极管。同时精巧地设计了结构，让电子减缓“步伐”，空穴则加快脚步，促成电子与空穴的有效相会，大大提升了量子发光二极管的高效率发光性能和稳定性，以达到最大的电光转换效率。
 

        最新进展
 

        国外：
        麻省理工学院化学教授Lester Wolfe及研究人员正在利用超薄量子材料的稳定性及高达9%的超高太阳能转化率制造太阳能电池；
东京大学研究人员采用GaN类量子材料使单一光子源在室温下工作，向能发挥飞跃性计算能力的量子计算机的实用化迈出了第一步；
奥地利因斯布鲁克大学的科学家借助微型半导体结构，用激光照射量子材料首次获得了成对的光子，推动量子材料应用的发展。
        国内：
        清华大学的博士生导师、前麻省理工学院博士后鲍捷以及麻省理工学院化学教授莫吉·巴旺迪正在利用胶体量子材料克服微型光谱仪的设计局限；
中国航天科工集团将建立激光产业技术研究院，致力于开展外延片、量子材料激光器和激光器泵浦源芯片的研发生产；
        南京工业大学机械学院的硕士研究生王豪杰则利用微型化工厂进行批量合成纳米材料半导体量子材料，成为国际上首例；
        中国科学技术大学郭国平研究组刷新单电子晶体管量子运算速度世界纪录，将原世界纪录提高近百倍，为实现基于半导体的“量子计算机”迈出重要一步。