Квантовые точки что это такое

Одним из интересных эффектов, играющих важную роль в квантовой физике, является квантово-размерный эффект. Он заключается в ограничении движения носителей заряда в одном, двух или трёх измерениях, в результате чего возникают дискретные уровни квантования энергии носителей заряда. В зависимости от числа измерений, по которым ограничено движение носителей заряда, выделяют: квантовые точки — движение носителей заряда ограничено по трём измерения, квантовые нити — движение ограничено по двум измерениям и квантовые ямы — по одному измерению (рис. 5).

Квантовые точки.

Квантовые точки были открыты в 1980-х годах Алексеем Екимовым в стеклянной матрице, а затем — Луи Э. Брусом в коллоидных растворах. Термин «квантовая точка» был предложен Марком Ридом[2].

Квантовые точки представляют собой частицы (обычно размером 1-10 нм) материала с характерным размером, меньшим Боровского радиуса объёмного экситона в данном материале (рис. 5). Внутри квантовых точек потенциальная энергия электрона ниже, чем за его пределами, таким образом, движение электрона ограничено во всех трех измерениях.

Квантовые точки — что это такое

Рис. 5. Сравнение спектров плотности состояний в 3D, 2D, 1D, 0D структурах[1].

В квантовых точках энергетический спектр электронов состоит из дискретных уровней как у изолированного атома, только расположение и число уровней у них различно. Именно за эту особенность, квантовые точки часто называют «искусственными атомами». В простейшем случае для собственных значений энергии электрона справедлива формула:

В симметричной квантовой точке , поэтому основное состояние системы дважды вырождено, а первые возбуждённые состояния , , шестикратно вырождены. Структуру энергетических уровней квантовых точек из одного и того же материала можно изменять, меняя их размер или форму. Поэтому учёные проявляют интерес к ним как к возможным строительным блокам для различных целей.

Источник: www.studwood.net

Научный форум dxdy

Меня интересует всё, что связано с квантовыми точками, но особенно их математические модели и, соответственно, методы их расчёта. Литературы по этому поводу не особо много, поэтому всё, что я знаю о них — я нашёл в журналах, однако лишь в одном из них я нашёл модель (сферическую) квантовой точки. Есть предположение, что квантовая точка может быть представлена как идеальная трёхмерная потенциальная яма, в которой частица имеет полностью дискретный спектр энергии, её форма обычно зависит от материала, из которого она сделана. Так, например, квантовые точки InAs в окружении GaAs имеют форму усечённых конусов со скруглёнными основаниями. Но вот как моделировать и расчитывать такие объекты, а также объекты на их основе — для меня пока загадка.

Квантовые точки. Что это такое?

P.S. Если будут ссылки на книги или журналы, то желательно на те, которые реально достать.

Модели квантовых точек
25.07.2005, 15:17

Хочу подобрать Вам список литературы: доступной и не очень.
Чтобы не нагружать Вас избыточной информацией, да и самому не терять время зря, скажите мне, пожалуста, Вы кто — физик, математик, инженер-электронщик, программист? Вы студент?
Да, важно следующее. Модели квантовых точек Вам необходимы для сдачи зачета (курсовой), просто так для души, для прикола . или для науки.
Важно, что ссылок по квантовым точкам, пожалуй, более 10 новых в день появляется и уже нельзя за всем уследить.

04.08.2005, 09:42

Я пока студент, учусь как раз на инженера-электронщика и частично на программист. Квантовые точки мне просто интересны, а также приборы на их основе. Поэтому модели квантовых точек мне необходимы для души и для науки. Заранее спасибо!

Модели квантовых точек
05.08.2005, 12:28

Peter отправил Kvant’у личную емелю со списком литературы, но, так как увидел более 1000 просмотров темы «Модели квантовых точек», то решил сделать маленькую справку «А где читать об этом?» для любопытных.

Любителям квантовых точек разумно сначала прочесть: Квантовая точка — сделать поиск в Википедии http://ru.wikipedia.org/

1. Можно посетить сайт:
http://www.nanonewsnet.ru/index.php?mod . d=9 Engineering Sciences, A 361, 223-401 (2003). (список статей всего журнала опускаю).

Re: Квантовые точки и их модели
16.02.2010, 20:28

Подскажите, пожалуйста, имеет ли смысл учитывать пьезоэлектрические свойства материала квантовой точки при расчете концентрации свободных носителей внутри нее. Могут ли свободные носители и эл. диполи, обусловленные пьезоэлектричеством «уживаться» друг с другом?

Re: Квантовые точки и их модели
16.02.2010, 21:23

Уживаться, наверное, могут, но что это за «концентрация свободных носителей»? В квантовой точке таких электронов должно быть несколько штук, по крайней мере в маленьких с дискретным спектром.

Re: Квантовые точки и их модели
16.02.2010, 22:45
Kvant писал(а):

Есть предположение, что квантовая точка может быть представлена как идеальная трёхмерная потенциальная яма, в которой частица имеет полностью дискретный спектр энергии, её форма обычно зависит от материала, из которого она сделана.

да, так можно считать

Quantrinas писал(а):

Уживаться, наверное, могут, но что это за «концентрация свободных носителей»? В квантовой точке таких электронов должно быть несколько штук, по крайней мере в маленьких с дискретным спектром.

электронов там может быть сколько угодно, спектр попрежнему будет дискретным, вопрос в том как расчитать их многочастичное взаимодействие. В первое приближении можно учесть экситоны — взаимодействие между электроном и дыркой, которое приводит к появлению связанных уровней наподобии водородоподобного атома, но поправки получаются очень незначительными, в эксепименте можно заметить при 0K

Re: Квантовые точки и их модели
16.02.2010, 22:50
AlexNew в сообщении #289649 писал(а):
электронов там может быть сколько угодно

свободных то не сколько угодно, а те, что глубоко сидят, роли не играют

— Вт фев 16, 2010 21:51:18 —

AlexNew в сообщении #289649 писал(а):
вопрос в том как расчитать их многочастичное взаимодействие.
Re: Квантовые точки и их модели
16.02.2010, 23:00

в квантовой точке пару тысяч атомов, при возбуждении QD явно не одна пара e-h появляется.
Уровней в QD достаточно много, если стоит задача получить спектр, то необходимо как-то описать распределение частиц по этим уровням, и найти вероятности переходов, информации по этой теме не поподалось к сожалению, наверное можно использовать обычный подход из КМ, искать матричные элементы для дипольного приближения.
(обычно все ограничевается моделью частица в ящике, и поиском уровней энергий)
Вообще задачка интерестная.

Re: Квантовые точки и их модели
17.02.2010, 01:08

Надо, наверное, разделить разные квантовые точки. Есть большие, обычно металлические, где много электронов, но важны одноэлектронные эффекты вследствие кулоновской блокады. А есть маленькие с дискретным спектром и большим расстоянием между уровнями, такие описываются моделями с несколькими (бывает и одним) электронным уровнем.

Re: Квантовые точки и их модели
12.02.2011, 16:54

Делаю курсовую по квантовым точкам, какую литературу можно использовать и где взять чтобы там били: История открытия квантовых точек; теории квантовых точек, ну и прочее о квант. т.?

Re: Квантовые точки и их модели
14.02.2011, 00:31
Kvant в сообщении #108 писал(а):
Меня интересует всё, что связано с квантовыми точками, но особенно их математические модели

Не знаю, насколько доступны Вам, но мне нравится, как человек и как специалист по квантовым точкам Д. Бимберг (Dieter Bimberg) — попробуйте поискать его статьи/книги (например эту книгу ).

Страница 1 из 1

[ Сообщений: 12 ]

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей

Источник: dxdy.ru

Квантовые точки

• Квантовая точка — наноразмерная частица
проводника или полупроводника. Её размер
должен быть настолько малым, чтобы были
существенны квантовые эффекты. Это
достигается, если кинетическая энергия
электрона, обусловленная неопределённостью
его импульса, будет заметно больше всех
других энергетических величин. Исторически
первыми квантовыми точками были
нанокристаллы селенида кадмия.

3. Сканирующая электронная микрофотография наноструктур различного размера из арсенида галлия, содержащая квантовые точки.

Примеры
Сканирующая электронная
м и к р о ф о т о г р а ф и я
наноструктур различного
размера из арсенида галлия,
содержащая квантовые точки.
Нанокристалл селенида
кадмия диаметром
всего в пятнадцать
а
т о
м о в
Полупроводниковый
конический фотонный
канал в качестве
квантовой точки
Германиевая квантовая
точка на кремниевой
основе Si 001
3

4. Свойства

• Электрон проводимости в нанокристалле ведёт себя как электрон в
трёхмерной потенциальной яме, он имеет множество стационарных
уровней энергии с характерным расстоянием между ними:
2
2md 2
d — характерный размер точки
m — эффективная масса электрона на точке
(точное выражение для уровней энергии зависит от формы точки).
•Аналогично атому, при переходе между энергетическими уровнями квантовой
точки излучается фотон. Возможно также получить излучение от перехода между
более низколежащими уровнями (люминесценция). В отличие от атомов,
частотами переходов легко управлять, меняя размеры кристалла.
•Люминисценция кристаллов селенида кадмия с длинной волны определяемой
размером кристалла была первым наблюдением квантовых точек.
Так выглядит
скопление
р а з н ы х
квантовых
т о ч е к ,
облучаемых
л а з е р о м
4

5. Зависимости длины волны испускаемого излучения от размеров квантовой точки для частиц селенида и сульфида кадмия

6.

• На приведённой для квантовой точки из GaAs
вольт-амперной характеристике, видно
резонансное туннелирование при переходе на
различные дискретные состояния.
6

7. Перспективы применения и реальное воплощение

• Наноэлектронный лазер
микродисковый лазер из слоя
арсенида индия на поверхности
арсенида галлия. Различие
кристаллической структуры двух
веществ приводит к образованию
островков арсенида индия
размером около 25 нм, которые и
служат квантовыми точками. Затем,
с помощью травления, были
получены диски диаметром 1.8
мкм на колоннах из арсенида
галлия, содержащие около 130
квантовых точек.
Размер диска выбирался таким образом, чтобы создать эффект «шепчущей
галереи», когда инфракрасный свет с длиной волны около 900 нм
распространяется вдоль края диска. В этой резонансной области
содержится около 60 квантовых точек, которые и образуют лазер.
Испускание света вызывается освещением на другой, нерезонансной длине
волны.
7

8. РНК-терапия с помощью самонаводящихся квантовых точек

В качестве основного
компонента новой платформы
используются имеющиеся в
продаже квантовые точки с
полиэтиленгликольным
покрытием, испускающие свет в
ближнем инфракрасном
диапазоне, для которого кожа и
другие ткани человеческого
организма относительно
прозрачны.
Покрытие из ПЭГ делает
квантовые точки
биосовместимыми, а также
позволяет присоединить к ним
хоминг-пептиды (малые белки,
избирательно связывающиеся с
определёнными рецепторами в
клетках) и малые
интерферирующие РНК. Если, к
примеру, мишенью пептида
является клетка раковой опухоли,
а молекула РНК останавливает
выработку какого-либо важного
для развития опухоли белка,
такие частицы могут стать
эффективным средством борьбы
с опухолью и одновременно — её
визуализации.
8

9. Квантовые точки — один из главных кандидатов для представления кубитов в квантовых вычислениях.

• Схематическое изображение спиновых кубитов в
наноленте из графена. Синим цветом изображены
«барьерные электроды», разделяющие наноленту
на квантовые точки; красным цветом – электроды,
посредством которых осуществляется контроль
взаимодействия между кубитами.
Схематическое изображение молекулы
полиоксометалата PMo12O40(VO)2, отделенной
диэлектрическим туннельным барьером от
металлического проводника и связанной за счет
туннельного взаимодействия G с иглой туннельного
микроскопа. Левая и правая стрелки обозначают
спины, локализованные в пирамидах VO5 (красный
цвет), а центральная стрелка – суммарный спин
делокализованных валентных электронов
октаэдров MoO6 (синий цвет)
9

10. Заключение

• Квантовые точки являются ещё не достаточно хорошо
изученным объектом нанотехнологии. Несмотря на
заманчивые идеи применения этих объектов в современной
науке и жизни, до массового использования квантовых точек
всё же ещё очень далеко.
• Кроме того внедрение таких технологий как квантовые
вычисления и наномедицина поднимают множество самых
разных этических проблем. Так например, создание
квантового компьютера поставит под удар все существующие
ныне системы конфиденциального обмена данными, не
говоря уже про наномедицину. Вспоминая термин «мирный
атом», человек невольно задумывается, что такое
нанотехнология – панацея или «новая Хиросима»!?…
10

Источник: ppt-online.org