Che cos'è un pozzo quantico?
Un pozzo quantico viene utilizzato per confinare gli elettroni a livelli di energia specifici. I pozzi quantici sono costituiti da un semiconduttore estremamente sottile con un gap di banda ridotto, che poggia tra il materiale con un gap di banda maggiore. Sono estremamente piccoli, di solito tra 1 e 20 nanometri. Sono più spesso utilizzati nei diodi laser e nell'infrarosso.
Questo bene usa le proprietà del comportamento degli elettroni e le lacune della banda per funzionare. Le lacune di banda sono aree nell'orbitale di un elettrone tra lo stato fondamentale, dove gli elettroni riposano normalmente e la banda di conduzione, gli elettroni con orbitali di energia più elevata si spostano quando sono eccitati. Le lacune sono barriere tra le bande dello stato fondamentale e le bande di conduzione, che impediscono agli elettroni di raggiungere la banda di conduzione senza guadagnare più energia di quella che hanno nei loro stati fondamentali. Maggiore è il gap di banda, maggiore è l'energia necessaria per gli elettroni per saltare questo gap e raggiungere la banda di conduzione.
Una volta che l'elettrone raggiunge la banda di conduzione, rilascia la sua energia in eccesso e ricade nel suo stato fondamentale. Posizionando un semiconduttore microscopicamente sottile tra materiale con spazi di banda troppo ampi per consentire agli elettroni di saltare facilmente, gli scienziati possono forzare gli elettroni a rimanere nell'area bidimensionale del semiconduttore sottile. L'intrappolamento degli elettroni in questo modo consente una manipolazione energetica specifica.
Poiché gli elettroni possono muoversi solo in due direzioni, possono solo produrre il tipo di energia che lo scienziato o il produttore desidera. Questa energia è anche focalizzata in un flusso estremamente stretto. Grazie a questa attenzione, i pozzi quantici creano laser precisi per dispositivi ottici. Un noto esempio di pozzo quantico è nei laser di lettura nei lettori di compact disc (CD).
I pozzi quantici sono chiamati "pozzi" non solo per il loro comportamento di intrappolamento di elettroni come un pozzo intrappolerebbe l'acqua, ma anche per il loro aspetto quando rappresentati graficamente. Quando i pozzi quantici sono rappresentati su grafici di energia vs. posizione, sembrano valli profonde o pozzi, spesso di forma rettangolare. Un pozzo quantico è un tipo di pozzo potenziale, il che significa che esiste un potenziale per produrre una quantità minima e fissa di energia.
Cresciuto, piuttosto che creato, un pozzo quantico di solito è fatto di materiale come l'arseniuro di gallio circondato da arsenidi di alluminio. I pozzi vengono coltivati, molto spesso, da un processo chiamato epitassia da fasci molecolari, che utilizza una cellula di effusione per sparare molecole della sostanza su una sostanza base. Questo metodo crea un singolo strato atomico del materiale del pozzo ad ogni cottura della cellula.