¿Qué es un pozo cuántico?

Un pozo cuántico se utiliza para confinar electrones a niveles de energía específicos. Los pozos cuánticos consisten en un semiconductor extremadamente delgado con un pequeño espacio de banda, que descansa entre el material con un espacio de banda más grande. Son extremadamente pequeños, generalmente entre 1 y 20 nanómetros. Se usan con mayor frecuencia en diodos láser e imágenes infrarrojas.

Este bien utiliza las propiedades del comportamiento de los electrones y las brechas de banda para funcionar. Los espacios de banda son áreas en el orbital de un electrón entre el estado fundamental, donde los electrones descansan normalmente, y la banda de conducción, orbitales de mayor energía a los que se mueven los electrones cuando están excitados. Los espacios son barreras entre las bandas de estado de tierra y las bandas de conducción, que evitan que los electrones lleguen a la banda de conducción sin ganar más energía de la que tienen en sus estados de tierra. Cuanto más grande es la brecha de banda, más energía es necesaria para que los electrones salten esta brecha y alcancen la banda de conducción.

Una vez que el electrón alcanza la banda de conducción, libera su exceso de energía y vuelve a su estado fundamental. Al colocar un semiconductor microscópicamente delgado entre el material con espacios de banda demasiado anchos para que los electrones salten fácilmente, los científicos pueden forzar a los electrones a permanecer en el área bidimensional del semiconductor delgado. Atrapar electrones de esta manera permite la manipulación de energía específica.

Como los electrones solo pueden moverse en dos direcciones, solo pueden producir el tipo de energía que el científico o el fabricante desean. Esta energía también se enfoca en una corriente extremadamente estrecha. Debido a este enfoque, los pozos cuánticos crean láseres precisos para dispositivos ópticos. Un ejemplo bien conocido de un pozo cuántico está en los láseres de lectura en reproductores de discos compactos (CD).

Los pozos cuánticos se denominan "pozos" no solo por su comportamiento de atrapar electrones como un pozo atraparía agua, sino también por su apariencia cuando se grafican. Cuando los pozos cuánticos se representan en gráficos de energía versus gráficos de posición, se ven como valles o pozos profundos, a menudo en forma rectangular. Un pozo cuántico es un tipo de pozo potencial, lo que significa que existe la posibilidad de producir una cantidad mínima y fija de energía.

Crecido, en lugar de creado, un pozo cuántico generalmente está hecho de material como el arseniuro de galio rodeado de arseniuro de aluminio. Los pozos se cultivan, con mayor frecuencia, mediante un proceso llamado epitaxia de haz molecular, que utiliza una célula de efusión para disparar moléculas de la sustancia en una sustancia base. Este método crea una sola capa atómica del material del pozo con cada disparo de la celda.