Квантовая яма

Квантовая яма — это потенциальная яма, которая ограничивает подвижность частиц с трех до двух измерений, тем самым заставляя их двигаться в плоском слое. Квантово-размерные эффекты проявляют себя, когда длина ямы становится сравнима с длиной волны де Бройля частиц (обычно электронов или дырок), и приводят к появлению энергетических минизон.

Энергию дна каждой из минизон можно приблизительно оценить с помощью выражения:

$E_n = \frac{\hbar^2}{2m^*} \left( \frac{\pi n}{d} \right)^2$, где

• $~n$ — номер минизоны,
• $~m^*$ — эффективная масса соответствующей квазичастицы,
• $~d$ — ширина квантовой ямы.

Формула справедлива только тогда, когда рассеянная энергия меньше, чем глубина ямы.

Применение

Из-за квазидвумерной природы в пределах одной минизоны плотность состояний не зависит от энергии, но когда значение энергии превышает энергию дна следующей минизоны, то плотность состояний резко возрастает, в отличие от квадратичной зависимости в массивных образцах. Кроме того, эффективная масса дырок и валентной зоне становится ближе к массе электронов в зоне проводимости. Эти особенности приводят к предпочтительности использования квантовых ям в оптических приборах. В результате квантовые ямы широко используются в лазерных диодах, включая красные лазеры для DVD и лазерных указок, инфракрасных лазерах для оптических передатчиков и синих лазерах. Также используются в транзисторах с высокой подвижностью электронов используемых в малошумной электронике. Инфракрасные фотодетекторы также основаны на использовании квантовых ям. Например, резонансный туннельный диод использует квантовую яму между двумя барьерами для создания отрицательного дифференциального сопротивления.

Добавляя донорную примесь можно получить двумерный электронный газ, обладающий интересными свойствами при низкой температуре. Одним из таких свойств является квантовый эффект Холла, наблюдаемый в сильных магнитных полях. Добавление же акцепторной примеси приведет к получению двумерного дырочного газа.

Литература

• Thomas Engel, Philip Reid Quantum Chemistry and Spectroscopy. — Pearson Education, 2006. — С. 73—75. — ISBN 0-8053-3843-8

См. также

• Квантовая точка
• Квантовый провод