Efecte Stark quàntic confinat

A l'esquerra: funcions d'ona corresponents als nivells n=1 i n=2 en un pou quàntic sense camp elèctric aplicat (). A la dreta: l'efecte pertorbatiu del camp elèctric aplicat modifica les funcions d'ona i disminueix l'energia de la transició n=1.
Demostració experimental de l'efecte Stark quàntic en Ge/Si Ge pous quàntics.

L'efecte Stark quàntic confinat (amb acrònim anglès QCSE) descriu l'efecte d'un camp elèctric extern sobre l'espectre d'absorció de llum o l'espectre d'emissió d'un pou quàntic (QW). En absència d'un camp elèctric extern, els electrons i els forats dins del pou quàntic només poden ocupar estats dins d'un conjunt discret de subbandes d'energia. Només un conjunt discret de freqüències de llum pot ser absorbit o emès pel sistema. Quan s'aplica un camp elèctric extern, els estats d'electrons es desplacen a energies més baixes, mentre que els estats de forat es desplacen a energies més altes. Això redueix les freqüències d'absorció o emissió de llum permeses. A més, el camp elèctric extern desplaça electrons i forats cap a costats oposats del pou, disminuint la integral de superposició, que al seu torn redueix l'eficiència de recombinació (és a dir, el rendiment quàntic de fluorescència) del sistema.[1] La separació espacial entre els electrons i els forats està limitada per la presència de barreres potencials al voltant del pou quàntic, el que significa que els excitons poden existir al sistema fins i tot sota la influència d'un camp elèctric. L'efecte Stark quàntic confinat s'utilitza en els moduladors òptics QCSE, que permeten encendre i apagar ràpidament els senyals de comunicacions òptiques.[2][3]

Fins i tot si els objectes quàntics (pous, punts o discos, per exemple) emeten i absorbeixen llum generalment amb energies més altes que la banda buida del material, el QCSE pot canviar l'energia a valors inferiors a la bretxa. Això es va evidenciar recentment en l'estudi de discos quàntics incrustats en un nanofil.[4]

El canvi de les línies d'absorció es pot calcular comparant els nivells d'energia en pous quàntics imparcials i esbiaixats. És una tasca més senzilla trobar els nivells d'energia en el sistema imparcial, a causa de la seva simetria. Si el camp elèctric extern és petit, es pot tractar com una pertorbació del sistema imparcial i el seu efecte aproximat es pot trobar mitjançant la teoria de la pertorbació.[5]

Tot aproximant, el desplaçament d'energia mostra experimentalment una dependència de la llei quadrada del camp elèctric aplicat F : [6]

Referències

  1. ↑ Miller, D. Phys. Rev. Lett., 53, 22, 1984, pàg. 2173–2176. Bibcode: 1984PhRvL..53.2173M. DOI: 10.1103/PhysRevLett.53.2173.
  2. ↑ Miller, David A.B. Proceedings of the IEEE, 97, 7, 2009, pàg. 1166–1185. DOI: 10.1109/JPROC.2009.2014298.
  3. ↑ Park, KyoungWon; Deutsch, Zvicka; Li, J. Jack; Oron, Dan; Weiss, Shimon «Single Molecule Quantum-Confined Stark Effect Measurements of Semiconductor Nanoparticles at Room Temperature». ACS Nano, 6, 11, 27-11-2012, pàg. 10013–10023. DOI: 10.1021/nn303719m. ISSN: 1936-0851. PMC: 3507316. PMID: 23075136.
  4. ↑ Zagonel, L. F. Nano Letters, 11, 2, 2011, pàg. 568–573. arXiv: 1209.0953. Bibcode: 2011NanoL..11..568Z. DOI: 10.1021/nl103549t. PMID: 21182283.
  5. ↑ «Quantum-Confined Stark Effect in Single CdSe Nanocrystallite Quantum Dots» (en anglès). https://www.science.org.+[Consulta: 16 octubre 2022].
  6. ↑ Weiner, Joseph S.; Miller, David A. B.; Chemla, Daniel S. Applied Physics Letters, 50, 13, 30-03-1987, pàg. 842–844. DOI: 10.1063/1.98008.