根據瑞典皇家科學院發表的論文「量子點—奈米科學的種子 (Quantum dots – seeds of nanoscience)」指出，今年的諾貝爾化學獎，表彰了奈米尺寸半導體晶體的發現和合成，這種奈米顆粒被稱為量子點 (Quantum Dots)。由於 Aleksey Yekimov、Louis E. Brus 發現量子點，以及 Moungi G. Bawendi 研究出以高精度但相對簡單的化學方法合成此類材料的能力，為奈米科學和奈米技術立下里程碑，今日量子點技術才能廣泛應用到各領域，包括：生物技術、催化、感測、醫療診斷、電子、光子學和量子技術。
「量子點的發現和合成」雖是獲頒化學獎，但背後的原理，卻跟量子物理學有關。現在我們要進入一個，比針頭小一百萬倍的世界，那是量子點所在的奈米級尺寸的微觀世界。在這裡，量子點的物理尺寸，決定了材料電荷載子 (charge carriers) 的量子力學狀態。也就是說，在奈米尺度上，材料和顆粒獲得新的、與尺寸相關的特性，這就是量子尺寸效應 (Quantum Size Effect)，科學家們可以利用和控制這些特性來實現新的應用。
一切要從量子力學中，「盒中的粒子 (particle-in-a-box)」概念談起。Moungi Bawendi 教授在 2011 年一場科普演講中曾舉例，想像把一個帶電的小粒子（也就是電子），塞近一個奈米大小的盒子中，由於盒子實在非常微小，電子受到擠壓限制，此時電子的行為就像波一樣，而且是像波一樣地填滿整個小盒子。如果盒子尺寸增加，波會擴展；盒子尺寸更小，波會壓縮。因此盒子大小會影響電子的波長，而波長決定了波的能量。當盒子越大（量子點尺寸越大）時，波長越長，能量越低；當盒子越小（量子點尺寸越小），波長越短，能量越高。就像樂器烏克麗麗的琴弦，要有人撥動才能發出聲音。我們可以用藍色光子或紫外線撞擊盒中的電子，讓電子表現得像波，並且讓能量以光的形式出現。這就是量子力學的魔力。
© Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
究竟，隱藏在量子點背後，還有哪些量子力學概念？而 Moungi Bawendi 教授，是如何製造出高品質的量子點？請看「What is the 2023 Chemistry Nobel about? – Atomic Stories – YouTube」影片的解說。
影片名稱：What is the 2023 Chemistry Nobel about? – Atomic Stories – YouTube
（影片來源：https://www.youtube.com/watch?v=lvUvbhelxus）
參考資料
The Nobel Prize in Chemistry 2023 – Scientific background
Quantum dots – seeds of nanoscience (pdf)
https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2023/advanced-information/Nobel Prize in Chemistry Winner Moungi G. Bawendi | Quantum Magic in Nanocrystals – Museum of Science – YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=S4IFjDugU5ASEEDS OF NANOSCINECE – 2023 Chemistry Nobel Prize – Quantum Dots, Explained – AyushKaari – YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=2_3XOzUFJz8- 【2023諾貝爾化學獎譯文】他們將色彩放入了奈米科技
https://qt.ntu.edu.tw/qoa/202311-qt-quantum-dots/ - What is the 2023 Chemistry Nobel about? – Atomic Stories – YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=lvUvbhelxus
