納米材料的維度轉變分析

材料牛注：納米材料的蓬勃發展促進了大量新型材料的誕生，然而對其材料特性的原理性研究一直處于初級階段，好消息是，科學家利用單粒子分析測試方法實現了研究突破。這是里程碑式的歷史突破。

圣母大學的研究表明，電子的相互作用在半導體納米材料的維度交換中起著重要的作用。化學與生物化學教授Masaru Kuno和凝聚態理論小組物理學教授Boldizsár Jankó等的實驗室研究表明，臨界長度尺度能夠標記零維量子點和一維納米線之間的轉變。

該研究成果發表在Nature Communications上，其中Kuno團隊主要進行實驗，同時Jankó的團隊提供理論支持。

量子點在任何方向上都具有相同的物理尺寸，而納米線表現為在某一個方向上比其他維度更長。這意味著，由相同的材料制成的量子點和納米線在納米尺度上具有不同的光學和電學性能，因為這些屬性對尺寸和形狀具有敏感的依賴性。

在過去的20年里，對于納米材料性能的尺寸和形狀依賴性的演化是納米科學研究焦點問題。然而，科學家們從來沒有明確地解釋量子點是如何演變成一條長徑逐漸增大的納米線的。是量子點逐漸發展的結果還是突然地轉變？

Kuno的實驗室發現，在量子點轉變成納米線時存在一個臨界長度。研究人員將通過將首次直接單個粒子吸附測量法用于納米棒（介于納米點和納米線之間的狀態）的測量，并實現突破。他們對單個粒子進行測量，而不整體檢測，以避免樣品的不均勻產生的影響。此外，研究人員采用吸附的方式，來規避常用的基于激發的單粒子顯微的局限性，也就是其對高熒光樣品的限制性。

這一發現標志著我們對于半導體納米結構的尺寸和形狀對量子力學的響應有了更加深入的了解。Jankó表示，所有的入門級固態半導體教材需要修改他們所說的空間交叉理論，相互作用會讓事情變得更復雜。

Kuno認為， 除此之外，用單粒子吸收方法來研究的先進之處體現在它的現實應用方面，也許40多年后在實現中實現應用。應用的領域包括對普通無標記化學和生物物品進行超靈敏檢測等，這些關系到國土安全和公共健康。

原文鏈接：Single-particle analysis reveals travel between dimensions

文獻鏈接：Dimensional crossover in semiconductor nanostructures

本文由材料人編輯部張瑩提供素材，宋金磊翻譯，李卓審核，點我加入材料人編輯部。