德米特里·塔拉平，纳米晶体领域的先驱
2026年7月20日
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25年来，我们通过研究不断拓展量子点的定义、合成方法及其在工业领域的应用前景。
作者：吉纳维芙·迈克尔斯
插图：若昂·马库斯·费利克斯
“我之所以喜欢量子点，是因为这是一个涵盖面极其广泛的领域。它融合了化学、物理、工程学，甚至生物学等截然不同领域的概念。可以说，这是现存领域中最多元化的领域之一。”
德米特里·塔拉平从事量子点研究已有25年。第一篇关于量子点的奠基性论文于1981年在前苏联发表。在90年代中期至后期，麻省理工学院的巴文迪实验室和加州大学伯克利分校的阿利维萨托斯实验室相继取得了具有里程碑意义的突破。
在此期间，德米特里在白俄罗斯长大，他从小就对化学和物理充满热情。他的职业生涯不仅随着该领域的发展而日益成熟，更为今天我们所熟知的量子点的诞生做出了贡献。
“我有幸与这个领域共同成长。我还记得最初的那段日子，那时我们的理解和知识都远不如现在。我很幸运能向先驱者们学习，我真的很想向这些年来一直陪伴在我身边的人们致以谢意。”
“我在白俄罗斯那个苏联解体初期的时代所接受的教育绝对是一流的。直到今天，它仍然对我大有裨益，”他回忆道。但苏联解体后，情况发生了变化。“从某种意义上说，那个苏联科研圈已经不复存在了，”他说。
2000年，德米特里进入德国汉堡大学攻读博士学位，师从西欧量子点研究领域的领军人物霍斯特·韦勒。几年后，他与美国顶尖的量子点专家们展开合作：在IBM与曾任职于巴文迪实验室的克里斯·默里共同进行博士后研究，并协助在劳伦斯伯克利国家实验室建设“分子铸造厂”。
“当时这个领域还非常小，”他回忆道，“只有少数几个实验室能够合成纳米晶体，而且所需的化学品既昂贵又危险。二甲基镉至今仍是实验室中允许接触的最危险化学品之一。”
塔拉平实验室的前沿化学研究
2007年，德米特里在芝加哥大学创立了塔拉平实验室。该实验室的研究处于化学的前沿领域，致力于探索在工业应用尚无迹象之前所能实现的可能性。
“我认为大学的作用在于对那些疯狂的、处于初期的创意进行验证，以便行业最终能够对此进行投资。这一直是我感兴趣的领域，也是我的动力所在。”
迄今为止，这已促成两项重大突破，推动了量子点技术的发展：无机配体，以及新型前驱体和溶剂。
一种新的分子特征
量子点由两个部分组成。纳米晶体构成无机核心，外层包裹着一层有机分子。这层包覆层决定了量子点如何协同工作；例如，使它们能够溶于液体。
但这种有机外壳也限制了量子点在某些应用（如电子设备）中的使用，因为它限制了量子点的导电性。“每个量子点都被一层类似鸡油的物质包裹着，这会阻止电子在量子点之间跳跃，”德米特里解释道。
德米特里的突破性成果是一种用于量子点的非有机涂层。这种外层壳体既具备有机分子的优点，又减少了其局限性。它不会像有机分子那样阻碍导电性，并且能够使量子点通过光固化形成永久性图案。
创新的化学工艺，崭新的前景
德米特里还拓展了量子点的应用范围，并探索了其合成方法。几十年来，该领域一直使用沸点高达350°C的有机溶剂，从硒化镉或磷化铟等半导体材料中合成纳米晶体。德米特里将这一过程描述为“在油汤中煮沸”。
但一些在技术上最具代表性的半导体材料，如砷化镓和氮化镓，需要更高的温度才能形成纳米晶体，而这一温度超出了任何有机液体所能承受的范围。塔拉平实验室正在探索能够实现这一目标的新型溶液相工艺，例如使用熔融无机盐代替有机溶剂。
“我们正在开发新型纳米晶体，利用此前从未以这种方式应用过的材料合成胶体量子点。”
这项研究仍处于高度探索阶段，但这些新型量子点即使在极端条件下，也可能更加稳定。还有一些量子点可以在不使用重金属的情况下制造，因为重金属存在一些风险，这些风险并不总是可以接受的。
从学术界到产业界
德米特里的创新成果早已走出学术实验的范畴。在过去的二十年里，塔拉平实验室已孵化出多家初创企业，并催生了多个技术领域。
无机配体为量子点开辟了全新的应用领域，例如晶体管、红外探测器和热电器件。“目前，该领域已有相当庞大的研究群体，并在顶级期刊上发表论文，”德米特里说。“一些初创公司正在开发可印刷的热电模块，它们全都使用了无机配体。”
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塔拉平实验室还开发了DOLFIN（功能性无机纳米材料的直接光学光刻）方法，用于纳米晶体的光刻图案化：这是对传统光刻技术的一种新替代方案，后者通常使用聚合物进行。
“聚合物无处不在；它们已成为一种极其普遍的材料。纳米颗粒也将如此。随着我们发现新的量子点形式，它们将成为新型商业产品的构建模块。”
在人类知识前沿开展的科学合作
德米特里将纳米晶体视为一种全新的高分子类别，如同聚合物一般，将为社会带来前所未有的益处。在他从事该领域研究的二十五年里，其潜力才刚刚开始显现。回顾过往，德米特里将自己的突破归功于整个科学界：不仅包括教授和导师，还包括他实验室里的学生和博士后。
“科学很少是单打独斗的。每当我深思我们是如何达成那些令我引以为豪的里程碑时，每次归根结底都归功于两三个人——他们拥有正确的思维方式，身处正确的位置，又恰逢其时。”
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