Hay muchas aplicaciones de la teoría cuántica en nano tecnología. Los fenómenos de la mecánica cuántica que hacen posible tres incluyen túneles, confinamiento, espintrónica, optoelectrónica y muchos más.
Los dispositivos famosos son diodo de túnel, láser de pozo cuántico, transistor de grafeno, válvula de giro, matriz de antídoto cuántico, esa puerta … lo que se llama contacto puntual, creo, y muchos más.
Con suerte, otros graduados de física de estado sólido / nano darán explicaciones detalladas de cada una de estas u otras cosas con las que han trabajado.
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Solo daré algunos detalles sobre … innie minnie … ¡láser de pozo cuántico!
Permítanme comenzar diciendo que el artículo de Wikipedia sobre el láser de pozo cuántico que dice que la longitud de onda se puede alterar cambiando la profundidad del pozo cuántico es incorrecta. No se puede ajustar la longitud de onda de esa manera. Una vez agregué ‘cita requerida’ en ese artículo, el administrador lo eliminó más tarde, creo. Cojo.
Primero hay que explicar qué es un láser. El haz un láser que necesitas:
1. Una fuente de luz.
2. Un medio llamado el medio de ganancia. Esto convierte parte de la energía (eléctrica, química, etc.) en luz al ‘cargar’ y ‘descargar’ la energía de la luz (las palabras técnicas son inversión de población y los conjuntos de emisiones estimuladas las usan)
3. Pase la luz a través del medio de ganancia cargado (población invertida) para que se combine con la luz descargada (emisión estimulada) y produzca una luz más amplificada e intensa.
4. Para obtener una gran amplificación de luz o potencia, suficiente para molestar a su gato, la longitud del medio de ganancia debe ser larga. ¡También necesita un puntero láser que pueda llevar en su bolso y no la longitud de un poste telefónico! Hay una forma de evitar esto. Espejos Una pequeña ganancia media pero con espejos que la rodean. La luz puede rebotar entre los espejos y puede amplificarse, amplificarse y amplificarse, siempre que pueda mantener la ganancia del medio cargado.
5. Taladre un pequeño agujero o haga que uno de los espejos se refleje parcialmente y listo. Te conseguiste un láser.
Ahora hay que decir algo sobre los semiconductores.
Debe estar familiarizado con los semiconductores y los bandgaps. Hay dos tipos de espacios de banda: indirectos y directos (fotónicos). La única diferencia es que los espacios de banda fotónica absorben o emiten luz de una radiación fija, a cambio de la excitación o deexcisión de electrones entre las bandas.
Ahora esto puede usarse como un medio de ganancia mencionado anteriormente. Puede crear una inversión de población simplemente pasando la corriente en una polarización directa (o fue polarización inversa, no recuerdo) diodo pn hecho con un semiconductor fotónico. Eléctricamente, un fotodiodo pn es equivalente a un diodo pn normal. En un diodo pn normal, la resistencia se disipa como calor mientras que un fotodiodo se hace como luz. Cuantos más portadores se pierden en las bandas no conductoras, más se emite la luz. Por lo tanto, el LED más eficiente es el rectificador de media onda más ineficiente y también funciona al revés.
Bien, ¿cómo nos ayuda la nanotecnología? Parece que la ganancia del láser, que es la amplificación de la luz a través de un viaje de ida y vuelta, es una función de la densidad de los estados. Así es como se ve la densidad de estados para un material a granel.
No sé dónde guardé mis notas antiguas, así que no puedo citar la ecuación entre la ganancia Roundtree y la densidad de estados. Supongo que es solo una relación lineal con algunas constantes.
Y cuando reduce la ganancia de grosor medio hasta una película delgada, de casi 5 nm, la densidad de los estados cambia de la siguiente manera.
La ganancia de ida y vuelta se dispara. La película delgada se llama pozo cuántico. Y así es como la mecánica cuántica ayuda a los nano dispositivos en el caso de los láseres de pozo cuántico.
