Волна Де Бройля. Квантовое ограничение. Квантовые точки.

Во́ лны де Бро́ йля — волны вероятности, определяющие плотность вероятности обнаружения объекта в заданной точке конфигурационного пространства. В соответствии с принятой терминологией говорят, что волны де Бройля связаны с любыми частицами и отражают их волновую природу.Для частиц не очень высокой энергии, движущихся со скоростью (скорости света), импульс равен (где — масса частицы), и . Следовательно, длина волны де Бройля тем меньше, чем больше масса частицы и её скорость. Например, частице с массой в 1 кг, движущейся со скоростью 1 м/с, соответствует волна де Бройля с м. Для электронов же с энергиями от 1 эВ до 10 000 эВ длина волны де Бройля лежит в пределах от ~ 1 нм до 10− 2 нм, то есть в интервале длин волн рентгеновского излучения. Поэтому волновые свойства электронов должны проявляться, например, при их рассеянии на тех же кристаллах, на которых наблюдается дифракция рентгеновских лучей.

Ограничение движения электронов (дырок) в низкоразмерной структуре, приводящее (вследствие их квантово-волновой природы) к ненулевому минимальному значению их энергии и к дискретности энергий разрешенных состояний, называют квантовым ограничением. В твердых телах квантовое ограничение может быть реализовано в трех пространственных направлениях. Количество направлений, в которых эффектквантового ограничения отсутствует, используется в качестве критерия дляклассификации элементарных низкоразмерных структур по трем группам: квантовые пленки (ямы), квантовые шнуры (проволоки, нити) и квантовыеточки.

Квантовые точки (КТ) – это нуль-мерные (0D) структуры, в которых движение носителей заряда ограничено во всех трех направлениях. В каждом из этих направлений энергия электрона оказывается квантованной в соответствии с формулой , а плотность состоянийпредставляет собой набор острых пиков.

Из-за сходства энергетических характеристик атомов и квантовых точек последние иногда называют искусственными атомами. Квантовые точки состоят из сравнительно небольшого количества атомов. В этом отношении кним близки атомные кластеры и нанокристаллиты, где также имеет место эффект квантового ограничения.

Для изготовления низкоразмерных структур используют два принципиальных подхода, которые можно охарактеризовать как геометрический иэлектронный. Геометрический подход предполагает применение технологий, обеспечивающих формирование объектов с нанометровыми размерами.Электронный подход основан на возможности управления размерами областей с определеннымтипом и концентрацией носителей заряда в полупроводниках посредствомэлектрического поля.