（文中内容为多个素材整理而来，文末已做标注。水平有限，如有表述错误的地方，请多多指教）
各种原因，从着手写这个稿子到今天将近一台月了。
前些天大大领着七常在清华副校长的授课下学习了量子科技，并强调“当今世界正经历百年未有之大变局，科技创新是其中一台关键变量，我们要于危机中育先机、于变局中开新局，必须向科技创新要答案。要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性，加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势，下好先手棋”。
写这个之前，压根不知道此事会如此蹊跷！时政的警觉性告诉我，量子力学这个领域，不久的将来，在科技领域必将掀起革命浪潮。
顿时虎躯一震，把差点儿丢到垃圾桶的这个草稿再次捡起来，开更！
更啥？谈量子力学感觉太遥远，说量子通信呢似乎更玄乎……我就寻思着聊一台我见过的听起来也不算很low的东西——石墨烯量子点。
可是在聊石墨烯量子点之前，对于无数像我这样的固体物理学小白，是不是得弄明白什么是量子点吧？所以决定石墨烯量子点放到下一章聊吧。
那么要弄明白什么是量子点，我们或是先从量子现象开始吧……
量子现象
最早是M·普朗克在1900年提出的，为了解释黑体辐射实验（不要问我什么是黑体辐射实验，我会疯的），他假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍。
要知道在宏观领域中，一切物理量的变化都可看作连续的，但是在微观粒子中就不是这么理解了。
例如，一台物体所带的电荷是e的极大倍数。所以一台一台电子的跳跃式增减可视为是连续的变化。但在微观领域中的离子，所带电荷只有一台或几个e，那么，一台一台电子的变化就不能看作是连续的了。
像这样以某种最小单位作跳跃式增减的，就称这个物理量是量子化的。
这里说到的普朗克，他提出的这个能量不连续的假说有多牛呢？
普朗克的墓在哥庭根市公墓内，其标志是一块简单的矩形石碑，上面只刻着他的名字，下角写着：尔格·秒。他的墓志铭就是一行字：h=6.63×10^-34J·S，以示对其一生最大的贡献“提出量子假说”的肯定，爱因斯坦光的波粒二象性提出也是受到普朗克影响的。
后来的研究表明，在微观物理世界中不但能量表现出这种不连续的分离化性质，其他物理量诸如角动量、自旋、电荷等也都表现出这种不连续的量子化现象。
然后，我们将描写微观物理世界的物理理论称为量子力学，量子（quantum）是现代物理的重要概念。（这个是我一直以来听过，感觉很高大上从而膜拜过但是一无所知的领域）。
量子现象可以明白点了没？是不是可以讲讲量子点了。
量子点（QDs）
纳米尺度上的原子和分子的集合体，多由II-VI B族（如CdSe、CdTe、CdS、ZnSe等）
III-V A族（如InP、InAs等）元素组成，具有均一的或核壳结构的尺寸为1-10nm纳米颗粒。
量子点的尺度很关键，尺度不能太大！比如上面的▲，1-10个纳米就够了哦！
对于上面所说的组成元素，绝大部分都是有毒的！
因此呢 I -III-VI B 族半导体纳米晶引起人们更多的关注，因为这些半导体中可以排除有毒的 A 类元素（例如Cd、Pb 和 Hg）和 B 类元素（例如 As）。
I-III-VI 族黄铜矿结构半导体纳米晶因为具有低毒和高的转换效率等特性被认为是最有前途的光电池材料。
毕竟，在后续工业化进程中，绿水青山就是金山银山，要实现工业化，环保不能忘。
说完了组成，接下来就聊聊量子点的基本特性。
量子点材料主要有以下特征：量子限域效应、表面效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应、库伦阻塞效应。材料从体相逐渐缩小到纳米级别，很多现象都发生了改变或者说从无到有。量子点可谓是短小而精悍！
接下来我们一台个的来康康吧。
科学家是这么定义的：当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。
可是，费米能级又是指什么鬼？
“费米能级是绝对零度下电子所能够占据的最高能级，每个能级上面能够放自旋相反的两个电子。
资深答友“达也下山”就说的挺不错的：“设想你有一麻袋苹果（电子），你面前有一台长长的阶梯（能带），你从最下面一级台阶（能级）起往上走，每到一级台阶（能级），就在这一级台阶上面放两个苹果（电子），一直继续下去，到放完为止。此时你站立的台阶，就是费米能级。”
好了，量子限域效应是因为粒子小到纳米量级的时候，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级
为了更好理解这个过程，你得继续往下看▼
体相半导体的能级结构很简单，如果从电子势能图上看，上面有一系列连续的能级（导带），下面也有一些列连续的能级（价带），然后中间有一台区域没有能级（带隙）。
在量子点中，由于量子限域效应的作用，这些能级的位置都会发生一些变化。导带会向上移，价带会向下移，原来连续的能级也会变得分立。▼
这里我们再讲讲导带、禁带与价带，导带的底能级表示为Ec，价带的顶能级表示为Ev，Ec与Ev之间的能量间隔称为禁带Eg。▼
如果说导带是高架桥，那么价带就相当于人行道。▲
人行道与高架桥之间的这个高度就是禁带，这个禁带是没有人（电子）可以待着的。
如果说高架桥太高（禁带太宽），这些人（电子都上不去），那么就会造成交通瘫痪（绝缘体）
如果高架桥不高了，则人（电子）很容易就爬上去（跃迁），如此宽阔的场地，人（电子）就会放飞自我，到处乱窜，跑的飞快。这就成了金属。▼
半导体电子就像地面人行道拥挤的人群一样，寸步难行。
现代的半导体技术之所以实现器件的开关是能够在高架桥与人行道之间架起一座临时的梯子，由这个梯子决定着多少电子能登上高架桥担负起导电的使命。
好了，这回我们可以回到量子点了。
从组成上看，量子点就是半导体，比如磷化铟、氮化镓、硒化镉、硫化铅等。
从尺寸上看，量子点其实就是把体相半导体做小，小到其激子（在半导体吸收光子后，电子跃迁到导带，价带内则产生一台空穴，这两个电荷相反的粒子受到库仑力相互吸引，在一定条件下他们会相遇并束缚在一起，便会成为激子。）的玻尔半径大小附近，这样就会引起量子限域效应。
干啥子咧？玻尔半径又是指什么鬼……
它是由尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)于1913年提出的原子构造模型，其中电子环绕着原子核运转。
模型中提及电子只会在特定的几个距离（视能量而定）环绕原子核运转。而最简单的原子──氢原子──只有一台电子轨道，该轨道也是电子可运行的最小轨道，其能量是最小的，从原子核向外找到此轨道的最可能距离就被称为玻尔半径(Bohr radius)。
半导体材料的激子玻尔半径一般为几个纳米，因此量子点通常也可以叫做半导体纳米晶体。
最后，量子限域效应就是因为量子点的体积逐渐减小，导致量子点的带隙会比体相半导体大，带隙的增大影响着能量的吸收与释放，带隙的不同对不同能量的光子的吸收有选择性，影响其发光特性。（对于这点我们下一篇来讨论）
表面效应是指随着量子点的粒径减小，大部分原子位于量子点的表面，量子点的比表面积随粒径减小而增大。
由于纳米颗粒大的比表面积，表面相原子数的增多，导致了表面原子的配位不足、不饱和键和悬键增多使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。
这种表面效应将引起纳米粒子大的表面能和高的活性。
表面原子的活性不但引起纳米粒子表面原子输运和结构型的变化，同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。表面缺陷导致陷阱电子或空穴，它们反过来会影响量子点的发光性质、引起非线性光学效应。
（表面缺陷导致量子点激发的光子具有不同波长，显示不同颜色）
要知道，量子点的发光性能在其应用中是非常有优势的，这一块我们下一篇文章讲。
在经过大量的材料收集与深思熟虑后，我决定或是用这个原装的解说来说明这个隧道效应较为妥当，原视频放上来，供大家享乐了。
请点击▼
介电限域，我们先看看什么是介电，弄明白了这个，对于介电限域的理解就会好点了。
介电、介电常数
（电容基本结构）
幼儿园老师告诉我们，两个相互靠近的导体，中间夹一层不导电的绝缘介质，这就构成了电容器。
假设两个电极之间没有这个介质，你会发目前两个电极靠的很近的时候，加上一定的电压，这个电容会被击穿。
当你在这两个电极中间加上一台绝缘体后，你会发现这个能加载在这个电容两端的电压变的很高且不会被击穿。
其原理就是介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场（真空中）与最终介质中电场比值即为介电常数（permittivity），又称诱电率 介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率（这几个名词是不是听起来很熟悉）
它是表示绝缘能力特性的一台系数，以字母ε表示，单位为法/米 。
如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。
“微观状态下的纳米微粒分散在异质中由于界面引起的体系介电增强的现象称为介电限域效应”，这个时候我们对这句话话就稍微容易理解一点啦！
可是，体系介电增强又是如何来的呢？？
主要来源于微粒表面和内部局域场的增强。随着纳米晶粒粒径的不断减小和比表面积不断增加，其表面状态的改变将会引起微粒性质的显著变化。
例如，当在半导体纳米材料表面修饰一层某种介电常数较小的介质时，相对裸露于半导体纳米材料周围的其它介质而言，当介质的折射率比颗粒的折射率相差很大时，产生折射率边界，从而导致颗粒表面和内部的场强比入射场强明显增加，被包覆的纳米材料中电荷载体的电力线更易穿过这层包覆膜，从而导致它比裸露纳米材料的光学性质发生了较大的变化。
当体系的尺度进入到纳米级（一般金属粒子为几个纳米，半导体粒子为几十纳米），体系是电荷“量子化”的，即充电和放电过程是不连续的。
充入一台电子所需的能量 Ec为e2/2C，e为一台电子的电荷，C为小体系的电容，体系越小，C越小（当金属微粒的尺寸足够小时它与周围外界之间的电容C可小到10^-16 F的量级），能量Ec越大，我们把这个能量称为库仑堵塞能。
在这种条件下每当单个电子从外面隧穿进入金属散粒时(有时也称它为孤立的库仑岛)， 它给库仑岛附加的充电能e^2/C( e为电子电荷)可以远远大于低温下的热运动能量kT(k为玻耳兹曼常数，T是绝对温度)．
这样就会出现一种十分有趣的现象：一旦某个电子隧穿进入了金属微粒，它将阻止随后的第二个电子再进入同一金属微粒．
因为这样的过程将导致系统总能的增加，所以是不允许发生的过程．
这就是库仑阻塞现象． 很显然，只有等待某个电子离开库仑岛以后，岛外的另一台电子才有可能再进入．
换句话说，有一台房子（金属或半导体），你把它无线缩小（纳米粒子级别），要知道房子越大，所能容纳的人就越多，越小它的容量C就越小。缩小到只能容纳一台人（电子）进去的时候，另一台人再想进去，肯定得第一台人先出来才能进去。如果第二个人硬是要进去，房子岂不是得塌了，这是不允许存在的。
感谢以下参考：
- 小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 微米和纳米 » 学术交流 » 量子点表面效应 (QDs与Ligands的关系)
- 小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 微米和纳米 » 学术讨论 » 量子限域效应
- 什么是量子限域、激子玻尔半径、费米能级 作者：Never肥宅 来源：简书 链接：https://www.jianshu.com/p/e2a5ebe74ea0
- 谁能通俗地讲述一下「费米能级」的概念？来源：资深 作者：达也下山 链接：https://www.zhihu.com/question/22560362/answer/21779436
- 资深：导带、价带、禁带、允带都是指什么逻辑关系？作者：acalephs、wolray
- 量子点发光原理 作者：Dr. Pu - ZJU 品略图书馆http://www.pinlue.com/article/2017/02/0917/33272659722.html
- 资深【材料课堂】纳米材料的基本效应有哪些？材料科学网 微信公众号：材料科学与工程，ID: mse_material
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