运动探测器、自动驾驶汽车、化学分析仪以及卫星的共同点是它们都配备了红外（IR）光探测器。此类探测器的核心部件，除读出电子部件外，通常由晶体半导体材料制成。然而，制造这些材料极具挑战性，往往需要极端条件，如极高的温度和大量的能量。基于此，瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）的研究人员认为会有更加简单的方法。纳米尺度界面传输实验室（Transport at the Nanoscale Interfaces laboratory）的Ivan Shorubalko领导了一支团队，正在研究由胶体量子点制成的微型IR探测器。

基于量子点的红外探测器在光纤中的应用（图片来源：EMPA）

“量子点”这个词汇对于大多数人而言，听起来不像一个简单的概念。Shorubalko解释道：“材料的特性不仅取决于其化学组成成分，还取决于其尺寸。倘若你制造出某种材料的微小颗粒，其特性可能与较大尺寸的同一材料的特性不同，这种现象归因于量子效应，也被称作‘量子点’。”

胶体量子点以溶液的形态存在，能够通过旋涂或印刷等方式应用于不同的材料，相比于传统半导体而言，更加廉价、更节能且更灵活。

从材料到制造工艺再到应用

Empa长期以来致力于量子点的研究，薄膜与光伏实验室的Maksym Kovalenko研究小组花费10多年时间，都在研究从各种材料中合成量子点。Shorubalko及其团队接着将量子点集成，以制造正常工作的电子组件，即所谓的器件，例如，IR探测器中。他们还与Empa的专家合作，一起探索量子点及由其制成的器件的制造方式以及进一步的应用情况。

该项技术的其中一个潜在应用是智能纺织品。Shorubalko表示：“全球纺织品市场相较于消费电子品市场规模更大、增长更迅速。特别是那些专业化的纺织品，如消防员的防护服和用于患者监测的医疗纺织品，都能从此种灵活的红外探测器中获得益处。”

不过，Shorubalko观察到该项技术在时尚领域同样蕴含着巨大的应用潜力。他表示：“一旦探测器和其他电子元件实现了小型化、低成本化以及便于生产，我们就能够利用它们，为日常服装赋予功能。目前的技术尚未与纺织品完全兼容。”

由于每个探测器均由众多5纳米大小的量子点构成，因而研究人员们能够打造出尺寸极小的探测器。在《ACS Photonics》期刊的最新一篇论文中，Shorubalko与其在Empa和苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的同事们阐述了一款尺寸小于其测量的光波长的探测器，从而让研究人员们能够记录红外光的其他特性，如相位或者干涉，以让探测器的功能变得更加多样。