Квантоворазмерный эффект Штарка (КЭШ) (англ. Quantum-confined Stark effect (QCSE)) — эффект наблюдаемый в наноразмерных полупроводниковых гетероструктурах (таких как квантовая яма, квантовая точка и др.), выражающийся в смещении спектра поглощения/испускания при приложении электрического поля. В отсутствии поля, электроны и дырки могут занимать в квантовой яме лишь дискретный набор энергетических уровней. Следовательно, только свет с дискретным набор значений энергии может быть поглощён или испущен системой. При приложении электрического поля, электронные уровни сдвигаются к более низкими значениям энергии, а дырочные уровни к более высоким, что и выражается в уменьшении энергии поглощения и испускания системы. Кроме того, наклон валентной зоны и зоны проводимости в электрическом поле ведёт к пространственному разделению зарядов, что означает уменьшение интеграла перекрытия, и следовательно, согласно Золотому правилу Ферми, ведёт к уменьшению коэффициента поглощения/испускания[1].
Квантово-размерный эффект Штарка может быть вызван как внешним электрическим полем, так и внутренним полем появляющимся вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта[2][3], в частности такой эффект был предсказан и экспериментально наблюдаем в полупроводниковых гетероструктурах на нановискерах[4].
Квантово-размерный эффект Штарка используется в оптических модуляторах, где служит для быстрого переключения модулятора.
Энергетический сдвиг для, например, квантовой ямы может быть посчитан сравнивая энергии в присутствии и в отсутствии электрического поля. Благодаря симметрии не сложно посчитать энергию в отсутствии поля. Далее, если поле относительно мало, его можно представить в виде возмущения и оценить его действие с помощью теории возмущений.
Потенциал квантовой ямы может быть записан как
где есть ширина ямы, а высота потенциальных барьеров. Связанные состояния в квантовой яме лежат в дискретном спектре энергий, и соответствующие волновые функции могут быть записаны следующим образом:
В этом выражении, это площадь среза системы, перпендикулярная направлению квантизации, это периодическая Блоховская функция для энергии в полупроводнике, а это слабо изменяющаяся огибающая функция системы.
Если квантовая яма достаточно глубока, её можно представить как квантовую яму с бесконечно высокими барьерами, т.е. . В этом упрощённом случаи аналитическое выражение для связанных волновых функций может быть записано как:
Энергии связанных состояний:
где есть эффективная масса электрона в данном полупроводнике.
Предполагая поле в направлении z,
член Гамильтониана отвечающий возмущению есть,
Поправка первого порядка к энергетическим уровням равно нулю из-за симметрии,
Поправка второго порядка, например для n = 1, есть,
для электронов. Аналогичные вычисления можно сделать для дырок, заменяя эффективные массы электронов эффективными массами дырок.
<references>
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .