量子阱

〖北京〗美国科学家研究出一种刺激微小纳米晶体发光的新方法，该方法可用于制造亮度更高、能耗更低、寿命更长的显示设备、交通信号灯和室内照明灯等。
利用半导体材料制造的发光二极管寿命很长，能耗只有普通灯泡的五分之一，已经应用于交通信号灯等设备。但它们倾向于发蓝光，要得到白光必须经过转换，这便降低了效率。为了解决这个问题，人们将半导体材料制造成微小的纳米晶体，这类晶体称为“量子点”，调整其尺寸就能改变它们发出的光的颜色。
但是，纳米晶体表面需要涂一层有机分子，这会阻碍外来电子刺激量子点发光。美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家将硒化镉量子点放置在一种称为“量子阱”的设备上，利用量子阱为媒介间接刺激量子点发光。粗略计算表明，新方法能使发光二极管的效率比目前的产品高出一倍。有关成果发表在10日的英国《自然》杂志上。
量子阱有着三明治一样的结构，中间是很薄的一层半导体膜，外侧是两个隔离层。用激光朝量子阱闪一下，可以使中间的半导体层里产生电子和带正电的空穴。通常情况下，电子会与空穴结合，放出光子。科学家将量子阱的上层制造得特别薄，厚度不足30埃，这样就可迫使中间层产生的电子与空穴结合时，以变化的电场而不是光子的形式释放能量。电场的作用使邻近的量子点中产生新的电子和空穴，从而令它们结合并放出光子。
为了研制实用的照明设备，研究人员下一步将尝试用电子而不是激光来激发量子阱。专家认为这只是一个工程问题。


量子阱是指由2种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱。量子肼的最基本特征是，由于量子阱宽度(只有当阱宽尺度足够小时才能形成量子阱)的限制，导致载流子波函数在一维方向上的局域化。在由2种不同半导体材料薄层交替生长形成的多层结构中，如果势垒层足够厚，以致相邻势阱之间载流子渡函数之间耦合很小，则多层结构将形成许多分离的量子阱，称为多量子阱。如果势垒层很薄，相邻阱之间的耦合很强，原来在各量子阱中分立的能级将扩展成能带(微带)，能带的宽度和位置与势阱的深度、宽度及势垒的厚度有关，这样的多层结构称为超晶格。具有超晶格特点的结构有时称为耦合的多量子阱。量子肼中的电子态、声子态和其他元激发过程以及它们之间的相互作用，与三维体状材料中的情况有很大差别。在具有二维自由度的量子阱中，电子和空穴的态密度与能量的关系为台阶形状。而不是象三维体材料那样的抛物线形状。