РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ИНСТИТУТ ХИМИИ TBEPДОГО ТЕЛА
   
| | | | |
| | | |
 23.06.2005   Карта сайта     Language По-русски По-английски
Новые материалы
Экология
Электротехника и обработка материалов
Медицина
Статистика публикаци


23.06.2005

 Nanonewsnet.ru / Nanonewsnet.com за Среда, 22 июня 2005 г. Наноэлектроника


Математическая модель квантовых точек открывает их новые свойства

By: Свидиненко Юрий (Svidinenko) 2005.06.22







Математическая модель квантовых точек открывает их новые свойства


О квантовых точках сегодня знает большинство молодых ученых и просто интересующихся высокими технологиями. Эти нанокристаллы, состоящие из нескольких сот атомов, могут применяться в квантовых компьютерах и системах медицинской диагностики в качестве маркеров. Оптические и электрические свойства этих наноструктур сильно отличаются от такого же материала в макроскопическом масштабе. Но, как было недавно установлено учеными из национальной лаборатории в Беркли, США, главнейшие электрические свойства квантовых точек понимались превратно в течении целого десятилетия. 


 


Рис. 1. Плотность заряда электронов (показана зеленым) квантовой точки из арсенида галлия, состоящей из 465 атомов


Ученые-теоретики из отдела энергетики из национальной лаборатории в Беркли установили, что диэлектрическая функция квантовых точек, которая показывает, как изменяется заряд наносистемы в зависимости от наличия внешнего электрического поля, не зависит от ширины запрещенного энергетического слоя квантовой точки, как это предполагали ранее. Наоборот, диэлектрическая функция квантовых точек, находящихся в нано- и микроразмерном диапазоне, практически аналогична функции макроскопических материалов, даже вблизи поверхности квантовой точки.

"Одно из интересных свойств квантовых точек - то, что значение ширины их запрещенного энергетического слоя намного больше, чем то же в макроскопическом материале. И при этом ее суммарная диэлектрическая постоянная намного меньше. Поэтому логично было предположить, что диэлектрические постоянные зависят от ширины запрещенного энергетического слоя", - объясняет  Лин-Вонг Вонг из отделения вычислительных исследований лаборатории в Беркли.  


Однако недавно французские ученые из института электроники Норда, возглавляемые Кристофом Делеруа, поставили под сомнение это утверждение, бытующее уже несколько лет в области квантовых точек. Они начали проверку взаимосвязи между диэлектрической постоянной и шириной запрещенного энергетического уровня ab initio (т.е. заново, начиная с основ). Для расчетов ученые использовали специальную программу расчета квантово-механических электронных систем PEtot, написанную Вонгом. Затем ученые провели вычисления на суперкомпьютере Seaborg, расположенном в отделе вычислений энергетики лаборатории Беркли. 


 


Рис. 2. Изменение ширины запрещенного энергетического слоя приводит к возникновению квантовых точек разного цвета 


Ширина запрещенного энергетического слоя полупроводника - это энергия, необходимая для того, чтобы переместить электрон, находящийся на одном из разрешенных уровней, на пустой разрешенный уровень с другой энергией. Ширина пространства между этими двумя разрешенными уровнями определяется для каждого атома отдельно по законам квантовой механики, и нельзя поместить электрон где-то между разрешенными уровнями. Поэтому пространство между уровнями называется запрещенным энергетическим слоем. Например, фотон, поглощенный атомом, может вытолкнуть электрон на другой разрешенный уровень только в том случае, если у него достаточно энергии для преодоления энергетического потенциала этого уровня. При этом на энергетическом уровне, где был электрон раньше, образуется "дырка" противоположного заряда. 


И наоборот: если атом испускает фотон, то электрон перемещается на уровень вниз, а фотон имеет энергию, равную энергетическому потенциалу, на который "опустился" электрон. Этот принцип используется в полупроводниковых светодиодах.  

Каждый полупроводник имеет свои характеристики энергетических уровней. Однако они различаются для материала в макромасштабе и для квантовых точек, сделанных из того же полупроводника. 


Чем меньше квантовая точка, тем "шире" расстояние между энергетическими уровнями. Для арсенида галлия, например, ширина запрещенного слоя - 1.52 электрон-вольт (eV), а квантовой точки на основе арсенида галлия, состоящей из 933 атомов,  - 2.8 eV, у такой же квантовой точки, состоящей из 465 атомов  - 3.2 eV. Изменяя размер квантовой точки, можно изменить их цвет, при этом квантовые точки состоят только из того же арсенида галлия. 


Используя суперкомпьютер Seaborg, ученые установили распределение электронной плотности квантовой точки в зависимости от ее размера и внешних воздействий (наличия, например, слабого электромагнитного поля от единичного электрона). Для расчетов использовалась аппроксимация локальной плотности. Результаты показали, что данные моделирования хорошо согласовываются с результатами экспериментов, повторно проведенных учеными. 


 


Рис. 3. Зеленым изображены изменения электронной плотности, вызванной присутствием одного электрона в макроскопическом арсениде галлия (слева) и в квантовой точке, состоящей из 465 атомов (справа). Как видим, ответная реакция систем схожа


Ученые рассчитали таким образом квантовые точки из 465-атомного арсенида галлия и 465-атомного кремния. Дальнейшие исследования показали, что прямой взаимосвязи между диэлектрической  постоянной квантовой точки и шириной запрещенного слоя нет. На это также указывает упрощенная математическая модель квантовой точки, составленная учеными. "Для того, чтобы установить это, нам понадобились многие часы работы суперкомпьютера, - говорит Вонг. - Мы также составили простую модель расчета диэлектрических характеристик квантовой точки. Мы уверены, что эта модель будет полезна всем исследователям, изучающим квантовые точки и проектирующим наносистемы на их основе". 

Источник:



1. BERKELEY: A New Model of Quantum Dots: Rethinking the Electronics

Модель квантовой точки
Модель квантовой точки


Дизайн и программирование N-Studio 
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я
  • Chen Wev .  honorary member of ISSC science council

  • Harton Vladislav Vadim  honorary member of ISSC science council

  • Lichtenstain Alexandr Iosif  honorary member of ISSC science council

  • Novikov Dimirtii Leonid  honorary member of ISSC science council

  • Yakushev Mikhail Vasilii  honorary member of ISSC science council

  • © 2004-2019 ИХТТ УрО РАН
    беременность, мода, красота, здоровье, диеты, женский журнал, здоровье детей, здоровье ребенка, красота и здоровье, жизнь и здоровье, секреты красоты, воспитание ребенка рождение ребенка,пол ребенка,воспитание ребенка,ребенок дошкольного возраста, дети дошкольного возраста,грудной ребенок,обучение ребенка,родить ребенка,загадки для детей,здоровье ребенка,зачатие ребенка,второй ребенок,определение пола ребенка,будущий ребенок медицина, клиники и больницы, болезни, врач, лечение, доктор, наркология, спид, вич, алкоголизм православные знакомства, православный сайт творчeства, православные рассказы, плохие мысли, православные психологи рождение ребенка,пол ребенка,воспитание ребенка,ребенок дошкольного возраста, дети дошкольного возраста,грудной ребенок,обучение ребенка,родить ребенка,загадки для детей,здоровье ребенка,зачатие ребенка,второй ребенок,определение пола ребенка,будущий ребенок