Иллюстрации: Dreamstime
63
11
ноябрь 2009
С
ловосочетание «квантовая
точка» это дословный пере-
вод с английского «quantum
dot». Это крошечный объект,
обычно состоящий из десят-
ков или сотен тысяч атомов и имеющий
размеры порядка нескольких наноме-
тров. Малый размер частички суще-
ственно влияет на ее свойства, превра-
щая ее в нечто совершенно отличное
от любого более объемного тела, имею-
щего такой же химический состав.
Точками полупроводниковые нано-
частицы назвали потому, что их можно
рассматривать как элементарный
объект с определенными свойствами,
например заданными уровнями энер-
гии носителей электрического тока —
электронов и дырок. Это, фактически,
искусственные атомы.
М Е Х А Н И К А П РО Ш Л О ГО В Е К А
Около восьмидесяти лет назад Эрвин
Шрёдингер предложил свое знамени-
тое уравнение, описывающее рас-
пределение вероятности нахож-
дения частицы в пространстве.
Посвященные этому главы
входят во все учебники физики
вузовского уровня. Решения
уравнения — простейшие,
разумеется — обычно разбира-
ются на модельных примерах,
в которых ставится задача «про-
квантовать яму». На физическом
жаргоне это означает, что надо решить
уравнение для частицы, например,
электрона, находящейся в простран-
стве, ограниченном стенками, опреде-
ленной формы. «Яма» может быть одно-
мерной, двумерной или трехмерной, то
есть электрон может быть ограничен
всего лишь двумя стенками и свободен
в двух направлениях; может свободно
двигаться только в одном направле-
нии — в «трубе», может быть помещен
в «ящик». Решив уравнение можно
определить вероятность нахождения
электрона в какой-либо точке и его
энергию. Она не может быть любой,
из-за наличия «стенок» она принимает
строго определенный набор значений.
Некоторое представление об этой
ситуации можно получить, вообразив
мячик в колодце, который постоянно
движется, ударяясь о стенки.
Одним из постулатов квантовой
механики является то, что каждая
к в а н т о в ы е
т о ч ки
я вля ю тс я
о т л и ч н ы м
п р и м е р о м
то го
,
к а к
с в о й с тв а
п р и в ы ч н ы х
нам
в е щ е с тв
в
н а н о м и р е
м о гут
и зм е н я ть с я
п о чти
до
н е у з н а в а е м о с ти
.
частица обладает свойствами волны.
Характеристики волны (называемой
волной де Бройля) соответствующей
телу, напрямую связаны с его энергией
и скоростью. Связь эта задается очень
малым числом, постоянной Планка,
поэтому и законы квантовой механики
действуют на очень мелких масштабах.
Если длина волны де Бройля оказывает-
ся того же порядка, что и размер «ямы»,
то надо обращаться к квантовой меха-
нике. Если она много меньше, то доста-
точно обычной классической физики.
Простейшие задачи расчета кван-
товых «ям» различного вида оказались
напрямую применимы к квантовой
точке. Действительно ее размер огра-
ничивает движение носителей тока,
что означает появление новых, по срав-
нению с неограниченным кристаллом,
уровней энергии. Напомним, что энер-
гия частицы — носителя электрическо-
го заряда может принимать не любые
значения, а лишь определенные —
квантованные. Набор возможных
энергетических уровней, разделенных
запрещенными зонами, называется
спектром. Появление новых энергети-
ческих уровней означает изменение
свойств вещества. В частности, можно
заставить частицы переходить между
новыми энергетическими уровнями,
и на этой основе создать новые прибо-
ры. Разница между этими дискретными
предыдущая страница 57 Что нового в науке и технике 2009 11 читать онлайн следующая страница 59 Что нового в науке и технике 2009 11 читать онлайн Домой Выключить/включить текст