Wat is een kwantumbron?
Een kwantumput wordt gebruikt om elektronen op specifieke energieniveaus te beperken. Quantumputten bestaan uit een extreem dunne halfgeleider met een kleine bandafstand, rustend tussen materiaal met een grotere bandafstand. Ze zijn extreem klein, meestal tussen 1 en 20 nanometer. Ze worden meestal gebruikt in laserdiodes en infraroodbeeldvorming.
Deze put gebruikt de eigenschappen van elektronengedrag en bandafstanden om te werken. Bandgaten zijn gebieden in de baan van een elektron tussen de grondtoestand, waar elektronen normaal rusten, en de geleidingsband, hogere energie orbitalen waar elektronen naartoe bewegen wanneer ze worden geëxciteerd. De openingen zijn barrières tussen de grondstatusbanden en geleidingsbanden, die voorkomen dat de elektronen de geleidingsband bereiken zonder meer energie op te doen dan in hun grondtoestanden. Hoe groter de bandafstand, des te meer energie nodig is voor de elektronen om over deze opening te springen en de geleidingsband te bereiken.
Zodra het elektron de geleidingsband bereikt, geeft het zijn overtollige energie af en valt terug in zijn grondtoestand. Door een microscopisch dunne halfgeleider tussen materiaal te plaatsen met bandafstanden die te breed zijn om elektronen gemakkelijk te laten springen, kunnen wetenschappers de elektronen dwingen in het tweedimensionale gebied van de dunne halfgeleider te blijven. Door elektronen op deze manier op te vangen, kan specifieke energie worden gemanipuleerd.
Omdat de elektronen slechts in twee richtingen kunnen bewegen, kunnen ze alleen het soort energie produceren dat de wetenschapper of fabrikant wenst. Deze energie is ook gefocust in een extreem smalle stroom. Vanwege deze focus creëren kwantumputten nauwkeurige lasers voor optische apparaten. Een bekend voorbeeld van een kwantumput zit in de leeslasers in CD-spelers.
Quantumputten worden "putten" genoemd, niet alleen vanwege hun gedrag van het vangen van elektronen zoals een put water zou vasthouden, maar ook vanwege hun uiterlijk in een grafiek. Wanneer kwantumputten worden afgebeeld op energie versus positiegrafieken, zien ze eruit als diepe valleien of putten, vaak in een rechthoekige vorm. Een kwantumbron is een type potentiële bron, wat betekent dat er een potentieel is voor een minimale, vaste hoeveelheid te produceren energie.
Gekweekt, in plaats van gecreëerd, wordt een kwantumput meestal gemaakt van materiaal zoals galliumarsenide omgeven door aluminiumarsenide. Putten worden meestal gekweekt door een proces dat moleculaire straalepitaxie wordt genoemd, waarbij een effusiecel wordt gebruikt om moleculen van de stof op een basissubstantie te schieten. Deze methode creëert een enkele atoomlaag van het putmateriaal bij elke afvuring van de cel.