尽管纳米晶体具有颜色调节能力并可用于多种技术，但由于每种颜色都需要不同的纳米晶体，因此其用途一直受到限制，无法实现颜色之间的动态切换。耶路撒冷希伯来大学化学研究所和纳米科学与纳米技术中心的一组研究人员，包括研究生 Yonatan Ossia 和其他七名成员，在 Uri Banin 教授的领导下，现已提出了解决这一问题的创新方案。

一种由两个耦合量子点组成的纳米粒子，每个量子点都能发出不同颜色的光。施加外部电压会产生一个电场，该电场能将光从一侧发射到另一侧，从而在保持整体光强度的同时切换发射颜色。图片来源：Ehsan Faridi 和 Ehsan Keshavarzi 的作品 - Inmywork 工作室

Yonatan Ossia，希伯来大学。图片来源：约阿夫-奥斯亚

通过开发一种由两个耦合半导体纳米晶体组成的"人造分子"系统，该系统可发出两种不同颜色的光，从而实现了快速、瞬时的颜色切换。

彩色光及其可调性是现代许多重要技术的基础，包括照明、显示器、快速光纤通信网络等。将彩色发光半导体提升到纳米级（纳米--十亿分之一米，比人的头发小十万倍）后，一种被称为量子约束的效应开始发挥作用：改变纳米晶体的大小可以改变发射光的颜色。因此，可以获得覆盖整个可见光谱的明亮光源。

由于这种纳米晶体具有独特的色彩可调性，而且可以利用湿化学方法方便地制造和操作，因此已被广泛应用于高品质的商业显示器中，使其具有出色的色彩质量和显著的节能特性。然而，时至今日，要实现不同的颜色（如不同的 RGB 像素所需的颜色），需要为每种特定的颜色使用不同的纳米晶体，而且无法在不同颜色之间进行动态切换。

虽然之前已经研究过单个胶体纳米晶体的颜色调节，并在光电设备原型中实现了这种"人造原子"，但主动改变颜色一直是个挑战，因为这种效果本身会降低亮度，只能产生轻微的颜色偏移。

希伯来大学 Uri Banin 教授。图片来源：Nati Shohat, Flash 90

研究小组克服了这一限制，创造了一种具有两个发射中心的新型分子，电场可以调节每个中心的相对发射，从而改变颜色，但不会失去亮度。这种人造分子可以使其组成纳米晶体中的一个发射"绿光"，而另一个发射"红光"。

这种新型双色发光人造分子的发射对诱导电场的外部电压很敏感：一个极性的电场会诱导"红色"中心发光，而将电场切换到另一个极性时，颜色发射会瞬间切换为"绿色"，反之亦然。这种颜色切换现象是可逆和即时的，因为它不包括分子的任何结构运动。因此，只需在设备上施加适当的电压，就能获得这两种颜色中的每一种，或它们的任意组合。

这种在光电设备中精确控制颜色调节同时保持强度的能力，为各个领域带来了新的可能性，包括显示器、照明和具有可调颜色的纳米级光电设备，以及作为敏感场传感工具用于生物应用和神经科学以跟踪大脑活动。此外，它还可以主动调节单光子源的发射颜色，这对未来的量子通信技术非常重要。

耶路撒冷希伯来大学的 Uri Banin 教授解释说："我们的研究是光电子学纳米材料领域的一大飞跃。在我们的研究小组几年前提出的"纳米晶体化学"理念中，纳米晶体是具有令人兴奋的新功能的人造分子的构件，这是我们在阐述这一理念方面迈出的重要一步。我们所实现的在纳米尺度上快速、高效地转换颜色的能力具有巨大的可能性。它可以彻底改变先进的显示器，并创造出可切换颜色的单光子源"。

通过利用这种具有两个发射中心的量子点分子，可以利用相同的纳米结构产生几种特定颜色的光。这一突破为开发用于探测和测量电场的灵敏技术打开了大门。它还实现了新的显示屏设计，可以单独控制每个像素产生不同的颜色，将标准的 RGB 显示屏设计简化为更小的像素，从而有可能提高未来商业显示屏的分辨率并节约能源。

电场诱导色彩切换技术的这一进步在改变设备定制和现场传感方面具有巨大潜力，为未来激动人心的创新铺平了道路。