纳米材料的维度转变分析

材料牛注：纳米材料的蓬勃发展促进了大量新型材料的诞生，然而对其材料特性的原理性研究一直处于初级阶段，好消息是，科学家利用单粒子分析测试方法实现了研究突破。这是里程碑式的历史突破。

圣母大学的研究表明，电子的相互作用在半导体纳米材料的维度交换中起着重要的作用。化学与生物化学教授Masaru Kuno和凝聚态理论小组物理学教授Boldizsár Jankó等的实验室研究表明，临界长度尺度能够标记零维量子点和一维纳米线之间的转变。

该研究成果发表在Nature Communications上，其中Kuno团队主要进行实验，同时Jankó的团队提供理论支持。

量子点在任何方向上都具有相同的物理尺寸，而纳米线表现为在某一个方向上比其他维度更长。这意味着，由相同的材料制成的量子点和纳米线在纳米尺度上具有不同的光学和电学性能，因为这些属性对尺寸和形状具有敏感的依赖性。

在过去的20年里，对于纳米材料性能的尺寸和形状依赖性的演化是纳米科学研究焦点问题。然而，科学家们从来没有明确地解释量子点是如何演变成一条长径逐渐增大的纳米线的。是量子点逐渐发展的结果还是突然地转变？

Kuno的实验室发现，在量子点转变成纳米线时存在一个临界长度。研究人员将通过将首次直接单个粒子吸附测量法用于纳米棒（介于纳米点和纳米线之间的状态）的测量，并实现突破。他们对单个粒子进行测量，而不整体检测，以避免样品的不均匀产生的影响。此外，研究人员采用吸附的方式，来规避常用的基于激发的单粒子显微的局限性，也就是其对高荧光样品的限制性。

这一发现标志着我们对于半导体纳米结构的尺寸和形状对量子力学的响应有了更加深入的了解。Jankó表示，所有的入门级固态半导体教材需要修改他们所说的空间交叉理论，相互作用会让事情变得更复杂。

Kuno认为， 除此之外，用单粒子吸收方法来研究的先进之处体现在它的现实应用方面，也许40多年后在实现中实现应用。应用的领域包括对普通无标记化学和生物物品进行超灵敏检测等，这些关系到国土安全和公共健康。

原文链接：Single-particle analysis reveals travel between dimensions

文献链接：Dimensional crossover in semiconductor nanostructures

本文由材料人编辑部张莹提供素材，宋金磊翻译，李卓审核，点我加入材料人编辑部。