Pozo cuántico

Un pozo cuántico (o «quantum well» en inglés) es la denominación que recibe un pozo de potencial que confina, en dos dimensiones, partículas que originalmente tenían libertad para moverse en tres, forzándolas a ocupar una «zona plana». Los efectos del confinamiento cuántico se producen cuando el espesor del pozo cuántico es comparable a la longitud de onda de De Broglie de las partículas portadoras de energía (generalmente electrones y huecos de electrones), generando así niveles de energía llamadas "subbandas energéticas", por lo que estos portadores de energía solo podrán tomar valores discretos de energía.

Dringle observó por primera vez este fenómeno en 1974. La «discretización» de los niveles de energía es considerada, por muchos investigadores, una de las manifestaciones más interesantes de la mecánica cuántica.

Existen otros tipos de estructuras cuánticas que mantienen semejanzas con los pozos cuánticos: los hilos cuánticos (o «quantum wires») y los puntos cuánticos (o «quantum dots»), aunque en estas estructuras el confinamiento de partículas corresponde a dos y a tres dimensiones respectivamente.

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Fabricación

Los pozos cuánticos se forman en semiconductores que poseen materiales como el arseniuro de galio (el arseniuro de aluminio, por ejemplo), emparedado entre dos capas de materiales, constituyendo así una banda prohibida (también llamada «brecha de banda», «banda interdicta» o incluso «band gap», su original del inglés). Estas estructuras pueden ser cultivadas mediante procedimientos de crecimiento epitaxial, como la epitaxia de rayo molecular o la deposición química de vapor.

Aplicaciones más comunes

A causa de la naturaleza cuasi bidimensional, los electrones en los pozos cuánticos poseen una densidad de estados más pronunciada que en el cuerpo de un material. Como consecuencia, los pozos cuánticos se usan de manera abundante en la fabricación de diodos láser. También se los utiliza para fabricar transistores de alta movilidad de electrones (TAMEs o también HEMTs, del inglés, High Electron Mobility Transistors), que se usan en electrónica de bajo ruido. Los fotodetectores infrarrojos de pozos cuánticos también se basan en pozos cuánticos y se los utiliza para operar imágenes infrarrojas.

Si se contamina o bien el pozo mismo o, preferentemente, la barrera de un pozo cuántico con impurezas donadoras, se puede formar un gas de electrones de dos dimensiones (2DEG). Este plasma cuasi bidimensional tiene propiedades interesantes a bajas temperaturas. Una de estas propiedades es el efecto Hall cuántico, que se observa en campos magnéticos elevados. De manera análoga, las impurezas aceptoras en la barrera de un pozo cuántico puede llevar a la formación de un gas de huecos de electrón.

Véase también

• Partícula en una caja
• Hilo cuántico
• Punto cuántico
• Entremezclado de pozo cuántico (Quantum-well intermixing) (QWI)

Referencias

• http://www.imm.cnm.csic.es/castell/memoria2000/l5.pdf
• http://valbuena.fis.ucm.es/expint/html/dc/dc05/Ejercicio05.html