Hvad er en kvantebrønd?
En kvantebrønd bruges til at begrænse elektroner på specifikke energiniveauer. Kvantebrønde består af en ekstremt tynd halvleder med en lille båndafstand, der hviler mellem materiale med en større båndafstand. De er ekstremt små, normalt mellem 1 og 20 nanometer. De bruges oftest i laserdioder og infrarød billeddannelse.
Denne brønd bruger egenskaberne ved elektronopførsel og båndhuller til at arbejde. Båndhuller er områder i en elektrons orbital mellem jordtilstanden, hvor elektroner hviler normalt, og ledningsbåndet, elektroner med højere orbitaler bevæger sig til, når de er spændte. Hullerne er barrierer mellem jordtilstandsbåndene og ledningsbåndene, som forhindrer elektronerne i at nå ledningsbåndet uden at få mere energi end de har i deres jordtilstande. Jo større båndspalten er, desto mere energi er det nødvendigt for elektronerne at springe dette hul og nå ledningsbåndet.
Når elektronet når ledningsbåndet, frigiver det sin overskydende energi og falder tilbage i sin jordtilstand. Ved at placere en mikroskopisk tynd halvleder mellem materiale med båndhuller for brede til, at elektroner let kan hoppe, kan forskere tvinge elektronerne til at forblive i det todimensionale område af den tynde halvleder. At fange elektroner på denne måde muliggør specifik energimanipulation.
Da elektronerne kun kan bevæge sig i to retninger, kan de kun producere den energitype, som forskeren eller producenten ønsker. Denne energi er også fokuseret i en ekstremt smal strøm. På grund af dette fokus skaber kvantebrønde nøjagtige lasere til optiske enheder. Et velkendt eksempel på en kvantebrønd findes i læselasere i CD-afspillere.
Kvantebrønde benævnes "brønde" ikke kun på grund af deres opførsel med at fange elektroner som en brønd, ville fange vand, men også på grund af deres udseende, når de tegnes. Når kvantebrønde er afbildet på energi kontra positionsgrafer, ligner de dybe dale eller brønde, ofte i en rektangulær form. En kvantebrønd er en type potentiel brønd, hvilket betyder, at der er et potentiale for en mindst mulig, fast mængde energi, der skal produceres.
Dyrkede, snarere end skabt, er en kvantebrønd normalt lavet af materiale som galliumarsenid omgivet af aluminiumarsenid. Brønde dyrkes oftest ved en proces kaldet molekylær stråleepitaksie, der bruger en effusionscelle til at skyde molekyler af stoffet på et basissubstans. Denne metode skaber et enkelt atomlag af brøndmaterialet med hver affyring af cellen.