Taşındım! Yeni adresim: http://nanoturkiye.net

10 Haziran 2008 Salı

NANO 101 - Kuantum Noktacıkları - 1

Basit bir tanımla başlayalım: Kuantum noktacıkları ya da nanokristaller büyüklükleri 2-10 nm arasında değişen bir yarıiletken türüdür. Boyutlarının küçük olmasından dolayı kuaantum noktacıklarının özellikleri üzerinde kolayca oynanabilir ve böyle bu parçacıklar yeni uygulamalarda kullanılabilir. Kuantum noktacıklarının özellikleri en çok boyut ve içerdiği atomlara bağlıdır.

Kuantum noktacıklarını daha iyi anlamak için önce bazı kavramları açıklayalım:

Değerlik bandı:
Katılarda değerlik bandı mutlak sıfırda elektron bulunan yerlerdeki elektron enerjilerinin oluşturduğu aralıktır. Yarıiletkenlerde ve yalıtkanlarda, iletkenlik bandının üzerinde yasak bant ve bu boşluktan sonra iletkenlik bandı vardır. Yasak bant ise elektronun bulunma olasılığının sıfır oldugu yasak enerji duzeylerinin tümünün adıdır. Metallerde iletkenlik bandı ile yalıtkanlık bandı arasında boşluk yoktur.
















Yarıiletkenlerde ve yalıtkanlarda düşük seviyede iletkenlik görülmesi değerlik bandının özelliğinden dolayıdır. Elektronların sayısı ile değerlik bandındaki state [Türkçesini bilmiyorum] sayısı eşit olduğundan, bir elektrik alan uygulandığında elektronlar iletim bandına geçemezler, yani enerjilerini artıramazlar; sonuçta akım oluşmaz.

İletim bandı:
Yarıiletkenlerde ve yalıtkanlarda, iletim bandı değer bandından daha yüksekte olan ve elektrik alanı uygulandığında elektronları hızlandırmaya yeten, yani elektrik akımı üretmeye yarayan, elektron enerjisi aralığı.

Elektronlar ve Delikler:
Doğal bir yarıiletkende, elektronların çok az bir kısmı iletken bandında, geri kalanı (çoğunluk) ise değerlik bandında bulunur. Değer bandındaki bir elektronun iletim bandına geçebilmesinin tek yolu, yasak bandı geçecek kadar enerji almaktır. Normal halde hiçbir elektron bu seviyede bir enerjiye sahip değildir. Isı, voltaj, foton uygulayarak bazı elektronların iletim bandına geçmeleri sağlanabilir. [İletim bandına geçen elektronlar orada çok az durur ve hemen gene değer bandına dönerler.] Elektronun değer bandındaki eski yerine ise "delik" denir. Bu animasyon delik kavramını daha iyi açıklıyor.

Eksiton:
Enerji verilerek iletim bandına geçen elektonla, "delik" çiftine verilen ad.

Kuantum Hapsi:
Kuantum noktacıkları yarıiletken olduğu için enerji seviyeleri, yasak bant, iletim bandı, değer bandı tanımları hâlâ geçerlidir. Eksitonları oluşturan elektron ve delik arasındaki uzaklığa Eksiton Bohr Yarıçapı denir. Bu uzaklık her malzeme için farklıdır. Büyük boyutlarda, yarıiletkenin kristali Eksiton Bohr Yarıçapından çok daha fazladır; böylece eksiton doğal büyüklüğündedir. Eğer yarıiletkenin kristal boyutu Eksiton Bohr yarıçapına yaklaşırsa, o zaman enerji seviyeleri sürekli yerine ayrık kabul edilir. Artık enerji seviyeleri arasında küçük ayrıklar vardır. Bu ayrık enerji seviye durumuna kuantum hapsi denir. Bu koşullarda yarıiletken malzeme artık büyük boyutlardaki hali gibi davranmayı bırakır ve kuantum noktacığı olarak adlandırılır.

Enerji Seviyeleri İle Oynanması:
Kuantum noktacıklarının enerji seviyeleri ayrık olduğu için kuantum noktacığına atom ekleyip, çıkarma yasak bölgenin sınırlarını değiştirir. Kuantum noktacığının yüzey geometrisini değiştirmek de yasak bölge enerjisini değiştirir. Atom ekleme çıkarma yöntemi ile istediğiniz renkte kuantum noktacığı oluşturabilirsiniz. Aşapıdaki resimde tüplerin içinde aynı malzemenin farklı renkteki hallerini görebiliyorsunuz.



Resim kaynağı: wikipedia

















Kaynak: 1 ,Wikipedia

 

Yukarı