نقاط کوانتومی

نقاط کوانتومى نیم رسانا سیستم هاى ﺟﺎلبى در علم و فن آورى نانو هستند. این ساختار از اتم بزرگتر است . ابعاد نقطه کوانتومى از ثابت شبکه بزرگتر بوده وقابل مقایسه با طول موﺝ دوبروى الکترون مى باشد ...

نقاط کوانتومى نیم رساناهایى هستند که ساختار نانومترى دارند و اندازه آنها حدود 2 تا 10 نانومتر یا معادل 10 تا 50 اتم می باشد . نقاط کوانتومى به دلیل اندازه کوچکشان قابلیت تطبیق پذیرى بسیاری دارند یعنى مى توان با تغییر ساختار آن ، خواص آن را مطابق با نیاز خود تنظیم کرد ‌. تفاوت اصلی آن با نیم رساناهای دیگر این است که خواص الکتریکی و پیک فرکانسی گسیلی نقاط کوانتومی شدیداً به اندازه و شکل و ساختار آنها بستگی دارد.همچنین با یک عامل خارﺟﻲ مثل پتانسیل الکتریکی و ﺟریان فوتونی می توان رسانندگی آن را تغییر داد

نقاط کوانتومى نیم رسانا هاى صفر بعدى هستند که منظور از بعد این است که درچند بعد از ماده ، حاملین بعنوان حامل آزاد رفتار مى کنند. براى مثال  در سیم نانویى  الکترون ها یا حفره ها فقط در یک ﺟهت بعنوان حامل آزاد عمل مى کنند . در یک نقطه حاملین در هیچ ﺟهتى به عنوان حامل آزاد رفتار نمى کنند. وقتى بعد کاهش مى یابد ﭼﮕالى حالت ها به طور محسوسى تغییر مى کند که در صفر بعد چگالى حالتهاى ماده بسیار شبیه به اتم است.

با محدود شدن حامل در سه راستا ، ترازهاى انرژى گسسته و در هر سه راستا ﺟایگزیده مى شوند . طیف گسسته در نقاط کوانتومى از تفاوت هاى مهم این ساختارها با سیم کوانتومى و چاه کوانتومى است . از آﻧﺠا که این خصوصیات در سیستم هاى اتمى وﺟود دارند ، مى توان نقاط کوانتومى را اتم انفرادى نامید. نقاط کوانتومى شامل هسته داخلى نیستند بنابراین مى توانند تعداد زیادى از الکترون ها را در خود محدود کنند که اﻳن تعداد از صد تا هزاران الکترون در یک فضاى محدود شده کوﭼﮏ است .

اندازه نقطه کوانتومى داراى محدودیت هایى است ، کمترین اندازه آن حدی است که یک تراز انرژى براى الکترون و حفره وﺟود داشته باشد که این وابسته به میزان اختلاف لبه باند رسانش (باند ظرفیت) نیم رساناهاى مورد استفاده ﺟهت تشکیل نقطه کوانتومى دارد  . براى درک مفهوم نقطه کوانتومى ، اثرات محدودیت کوانتومى بر روى الکترون ها را در نظر مى ﮔیریم. محدودیت کوانتومى وقتی اتفاق مى افتد که یک یا ﭼند بعد نانو کریستال نزدیک شعاع بوهر اکسایتونى باشد. مفهوم ترازهاى انرژى ، گاف باندى ، باند رسانش ، باند والانس همچنان در نظر گرفته مى شود . با این حال ترازهاى انرژى الکترونى نمى توانند به صورت پیوسته رفتار کنند، بلکه باید به صورت گسسته عمل کنند.

محدودیت هاى چاه کوانتومى یا سیم کوانتومى حداقل یک درﺟﻪ آزادى براى الکترون ها مى دهد. همچنان که  این نوع محدودیت ﻣﻨﺟر به کوانتیزاسیون طیف الکترونى مى شود، چگالى حالت ها را نیز تغییر مى دهد. همچنین زیر باندهاى انرژى یک یا دو بعدى را ﻧﺘﻴﺠه مى دهد و حداقل یک ﺟهت براى انتشار الکترون باقی می ﮔذارد . بعبارت دیگر ، با تکنولوژى امروزه مى توانیم ساختارهاى نقاط کوانتومى اﻳﺠﺎد کنیم که در آن ها همه درﺟﺎت آزادى موﺟود براى انتشار الکترون کوانتیزه هستند. می توانیم این محدودیت را به عنوان ﺟﻌبه ای به ﺣﺠم d₁d₂d₃ در نظر بگیریم و انرژی کوانتیزاسیون آن                                                                                                                     

                                                         E=Eq₁+Eq₂+Eq₃

    Eq_n=ħ² (q_n  / d_n)/2mc       

به طور ساده مى توان نقاط کوانتومى را سیم کوانتومى با سطح مقطع مستطیلى در نظر ﮔرفت ، که در هر سه راستا محدود شده اند که به آنها ﺟﻌبه کوانتومى هم مى ﮔویند . این محدودیت باعث مى شود تنها درﺟﻪ آزادى باقى مانده نیز از بین برود و ذره در تمام سه راستا ﺟﺎیگزیده شود، از این رو ترازهاى انرژى در هر سه راستا ﮔسسته خواهند شد