麻省理工学院的Moungi Bawendi与Louis Brus和Alexei Ekimov一起获得了2023年诺贝尔化学奖，以表彰他们对量子点的研究。Bawendi的创新方法已经将其应用范围从显示扩展到医学成像，麻省理工学院的合作氛围在他的成功中发挥了关键作用。图片来源:Len Rubenstein

由于他在产生尺寸和颜色均匀的量子点的技术方面的工作，Bawendi没有获奖与路易斯·布鲁斯和阿列克谢·艾基莫夫齐名。

蒙吉·巴文迪(Moungi Bawendi)是麻省理工学院莱斯特·沃尔夫(Lester Wolfe)化学教授，也是量子点研究领域的领军人物，他获得了2023年诺贝尔化学奖。他将与哥伦比亚大学的路易斯·布鲁斯和纳米晶体技术公司的阿列克谢·埃基莫夫分享该奖。

研究人员因发现和合成量子点而获奖。量子点是一种微小的物质粒子，能发出异常纯净的光。在10月4日的公告中，诺贝尔基金会称巴文迪的工作“彻底改变了量子点的化学生产，产生了几乎完美的粒子”。

自1990年以来一直担任麻省理工学院教授的Bawendi在宣布获奖后不久告诉麻省理工学院新闻，接到诺贝尔委员会的电话时，他感到“惊讶和震惊”，并补充说，“醒来真是太荣幸了。”

蒙吉·巴文迪在收到诺贝尔奖的消息后不久，在他的家中。来源:Jodi Hilton

理解量子点

量子点由半导体材料的微小粒子组成，这些粒子非常小，以至于它们的性质与大块材料的性质不同。相反，它们在一定程度上受量子力学定律的支配，量子力学定律描述了原子和亚原子粒子的行为。当用紫外光照射时，这些圆点发出明亮的荧光，颜色范围取决于粒子的大小。

这些微小的颗粒现在被用于多种类型的生物医学成像，以及计算机和电视显示器，它们在光催化和量子计算等领域也有潜力。

“很难想象还有比这更优雅的思维和手的表达方式了，”麻省理工学院院长莎莉·科恩布鲁斯(Sally Kornbluth)在获奖当天早上写给麻省理工学院社区的一封信中这样评价巴文迪的工作，信中引用了麻省理工学院的校格言“人与手”(Mens et Manus)。“我们与Moungi的家人、他的部门、他在世界各地的朋友和同事一起庆祝这一罕见的荣誉。”

量子点之旅

量子点是直径只有几纳米的粒子——大约是针头大小的百万分之一。自20世纪30年代以来，科学家们就预测如此微小的粒子会表现出不同寻常的行为，因为在如此微小的尺度下，物质的电子空间更小，所以它们会被挤在一起。因此，人们认为，颗粒的大小会影响物理性质，如颜色。

然而，这个假设很难验证，因为没有办法产生如此微小的粒子——直到20世纪80年代初，当Ekimov和Brus分别成功地制造出量子点。通过研究在溶液中自由漂浮的量子点，布鲁斯证明了粒子的大小会影响它们发出的颜色。Ekimov在用氯化铜染色的玻璃纳米颗粒时发现了同样的现象。

然而，Ekimov和Brus使用的技术并没有产生均匀大小的量子点。1993年，Bawendi和他的学生首次报告了一种合成量子点的方法，同时保持对其尺寸的精确控制。

Moungi Bawendi是麻省理工学院的莱斯特·沃尔夫化学教授。来源:Jodi Hilton

通过系统地改变量子点结晶的条件，Bawendi和他的研究小组成功地生长出了特定尺寸的纳米晶体。当时，研究人员对制造量子点很感兴趣，这样他们就可以进一步研究量子点的独特性质，但他们不知道量子点后来会有什么用处。

Bawendi告诉麻省理工学院新闻:“我们只是不断地努力，最终开发出一种工艺，使粒子足够好，可以用于基础科学研究，事实证明，这种工艺的用途远远不止于此，这是我们当时从未想过的。”

从那时起，他还设计了一些方法来控制这些点的发光效率，并消除它们闪烁的倾向，使它们在许多领域的应用更加实用。

应用与创新

量子点现在被用于平板电视和其他显示器，它们产生的图像比传统的LED屏幕更生动。它们也被用来标记细胞内的分子，使它们更容易成像，并且它们已经被探索作为一种工具，通过照亮组织来指导医生在手术过程中。

Bawendi是麻省理工学院微系统技术实验室的核心成员，他说:“看到它们在这么多领域的应用真的很棒，但这不是我们当时所期望的。”“我们只是对研究这些材料感兴趣。”

蒙吉·巴文迪和他的妻子瑞秋·齐默尔曼在收到诺贝尔奖的消息后不久在家里。来源:Jodi Hilton

在获奖当天上午的麻省理工学院新闻发布会上，科恩布鲁斯介绍了巴文迪，称他的诺贝尔奖成就是该研究所“光辉的一天”。

“我们无法想象还有什么比这更激动人心的了，”科恩布鲁斯说。“显然，这种兴奋反映了我们对这一非凡荣誉的尊重，但它有更深的含义，因为你很难找到一个社区比麻省理工学院的人更敬畏基础发现科学的奇妙之美和创新的不可思议的力量，以改善我们的世界。我希望这个奖项和本周所有的诺贝尔科学奖都能提醒全国和全世界，为什么基础科学值得我们持续和热情的支持。”

Bawendi的背景和未来愿景

巴文迪出生在巴黎，母亲是法国人，父亲是突尼斯人。小时候，他的父亲是一名数学家，后来成为普渡大学的教授，他就搬到了印第安纳州的西拉斐特。1982年，他在哈佛大学(Harvard University)获得本科学位，在那里，作为一名大一学生，他的第一次化学考试没有通过。那次经历教会了他坚持不懈的宝贵经验，他在今天的新闻发布会上谈到了这一点。

他说:“你会遇到挫折，但你可以坚持下去，克服它，从你的经验中学习，显然我做到了。”“我本可以决定不适合我，但我喜欢我所做的事情，所以我学会了如何成为一名成功的学生。”

1988年，Bawendi获得了芝加哥大学的博士学位。作为博士后，他和布鲁斯一起工作，布鲁斯当时在AT&T贝尔实验室，最近在不同大小的量子点的性质方面有了最初的发现。

Bawendi告诉麻省理工学院新闻:“这就是我对与他合作感到兴奋的原因，因为它开辟了一个全新的科学领域，创造了很多新发现的机会。”

科学家们现在正在探索利用量子点来提高许多其他技术性能的可能性，包括太阳能电池、柔性电子产品和光催化剂。近年来，Bawendi的实验室还开发了基于量子点的光谱仪，这种光谱仪小到可以装进智能手机相机。这种设备可用于诊断疾病，特别是皮肤状况，或检测环境污染物。

当在新闻发布会上被问及量子点研究的未来时，Bawendi说他预计会感到惊讶。

“这是一个非常好的问题，因为当我去参加有关该领域的进展和方向的会议时，我经常感到惊讶，”他说。他说:“我认为，30年前，我们当中没有一个人能够预见到30年后我们会有今天的成就。这对我来说很神奇，如果你有真正伟大的人在一个全新的领域用全新的材料工作，创新就会出现在你无法预测的方向上。”

巴文迪告诉麻省理工学院新闻，麻省理工学院注重跨学科研究，这是他成功的一个关键因素。

他说:“麻省理工学院的氛围确实让我能够探索其他科学领域，这是我能够取得进步的关键。”“这是一个独特的地方，能成为其中的一部分真是太棒了。”