Was ist ein Quantentopf?
Ein Quantentopf wird verwendet, um Elektronen auf bestimmten Energieniveaus einzuschließen. Quantentöpfe bestehen aus einem extrem dünnen Halbleiter mit einer kleinen Bandlücke, der zwischen Material mit einer größeren Bandlücke liegt. Sie sind extrem klein, normalerweise zwischen 1 und 20 Nanometer. Sie werden am häufigsten in Laserdioden und Infrarotbildern eingesetzt.
Diese Quelle nutzt die Eigenschaften des Elektronenverhaltens und der Bandlücken, um zu funktionieren. Bandlücken sind Bereiche im Orbital eines Elektrons zwischen dem Grundzustand, in dem Elektronen normal ruhen, und dem Leitungsband, in das sich Orbitale mit höherer Energie bewegen, wenn sie angeregt werden. Die Lücken sind Barrieren zwischen den Grundzustandsbändern und den Leitungsbändern, die verhindern, dass die Elektronen das Leitungsband erreichen, ohne mehr Energie als in ihren Grundzuständen zu gewinnen. Je größer die Bandlücke ist, desto mehr Energie ist erforderlich, damit die Elektronen diese Lücke überspringen und das Leitungsband erreichen.
Sobald das Elektron das Leitungsband erreicht, setzt es seine überschüssige Energie frei und fällt in seinen Grundzustand zurück. Durch Platzieren eines mikroskopisch dünnen Halbleiters zwischen Materialien mit zu großen Bandlücken, damit Elektronen leicht springen können, können Wissenschaftler die Elektronen zwingen, im zweidimensionalen Bereich des dünnen Halbleiters zu bleiben. Das Einfangen von Elektronen auf diese Weise ermöglicht eine spezifische Energiemanipulation.
Da sich die Elektronen nur in zwei Richtungen bewegen können, können sie nur die Art von Energie erzeugen, die der Wissenschaftler oder Hersteller wünscht. Diese Energie wird auch in einem extrem engen Strom konzentriert. Aufgrund dieses Fokus erzeugen Quantentöpfe genaue Laser für optische Geräte. Ein bekanntes Beispiel für einen Quantentopf sind die Leselaser in CD-Playern.
Quantenbrunnen werden "Brunnen" genannt, nicht nur wegen ihres Verhaltens, Elektronen einzufangen, wie ein Brunnen Wasser einfangen würde, sondern auch wegen ihres Aussehens, wenn sie grafisch dargestellt werden. Wenn Quantenmulden in Energie-Positions-Diagrammen dargestellt werden, sehen sie wie tiefe Täler oder Mulden aus, häufig in rechteckiger Form. Ein Quantentopf ist eine Art Potentialtopf, dh es kann ein Minimum an fester Energie erzeugt werden.
Ein Quantentopf wird nicht erzeugt, sondern gewachsen und besteht normalerweise aus Galliumarsenid, das von Aluminiumarsenid umgeben ist. Wells werden meistens durch einen Prozess namens Molekularstrahlepitaxie gezüchtet, bei dem mithilfe einer Effusionszelle Moleküle der Substanz auf eine Basissubstanz geschossen werden. Diese Methode erzeugt bei jedem Brennen der Zelle eine einzelne atomare Schicht des Bohrungsmaterials.