بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله پذیرفتاري هاي نوري غیرخطی مرتبه سوم اثر الکترواپتیک مربعی و تولید هارمونیک سوم نقاط کوانتومی هسته-پوستهي CdSe/ZnS و هسته-پوستهي معکوس شدهي ZnS/CdSe مورد بررسی قرار گرفته است. با حل عددي معادله شرودینگر به روش شوتینگ در تقریب جرم موثر پذیرفتاري هاي نوري غیر خطی مرتبه سوم محاسبه شد. نتایج نشان می دهند، با افزایش ضخامت پوسته، به دلیل کاهش ترازهاي انرژي هر دو پذیرفتاري نوري اثر الکترواپتیک مربعی و تولید هارمونیک سوم افزایش یافته و پیک تشدید به طرف انرژیهاي پایین انتقال مییابد.
مقدمه
با کاهش ابعاد نیمرسانا تا زیر طول موج دوبروي حاملین بار در یک، دو و سه بعد نانوساختارهایی تشکیل می شوند که به ترتیب بنام چاه، سیم و نقطه کوانتومی مشهور هستند. خواص الکترونی نانوساختارها - شامل اندرکنشهایی مانند الکترون- الکترون، الکترون-حفره و الکترون-فونون - بطورکیفی به ابعاد و ساختار هندسی - اندازه و شکل - و توزیع اتمهاي داخل آنها بستگی دارد.
خواص الکترونی رفتارهاي اپتیکی خطی و غیرخطی نانوساختارها را تعیین میکنند. بنابراین معماري هندسی1 زمینهاي وسیعی از طراحی مواد بدیع را فراهم کرده است.در نقاط کوانتومی امکان تنظیم اندازه گاف انرژي با تغییر ابعاد آنها وجود دارد. در نتیجه میتوان طول موج نور تابش شده توسط نقطه کوانتومی را کنترل کرد. از آنجائیکه ترازهاي انرژي در نقاط کوانتومی پیوسته نیستند، کاستن یا افزودن تعدادي اتم به نقطه کوانتومی باعث تغییر در حاشیه گاف انرژي میشود. تغییر نحوه چیدمان اتمها در سطح نقطه کوانتومی هم باعث تغییر انرژي گاف میشود که باز هم به دلیل اندازة بسیار کوچک این نقاط است.
نانوکریستالهاي نیمرساناي هسته-پوسته که به نام نقاط کوانتومی هسته-پوسته هم مشهور هستند، دستهي جدیدي از مواد میباشند. آنها ساختار ناهمگون از دو ماده نیمرساناي مرکب بعنوان
هسته و پوسته دارند. با تغییر اندازه و نوع ترکیبهاي هسته و پوسته اثرات غیرخطی این نانوساختارها قابل تنظیم هستند. نقاط کوانتومی هسته-پوسته به دو دسته کلی تقسیم می شوند.
در نقطه کوانتومی نوع اول گاف انرژي نیمرساناي مرکب هسته بزرگتر از پوسته بوده و لبه هاي باند رسانش و ظرفیت پوسته در محدوده گاف انرژي هسته قرار می گیرند.[3-1] در این نوع نقاط کوانتومی هر دو حاملین بار در پوسته جایگزیده می شوند.
با تغییر ضخامت پوسته ویژگیهاي اپتو الکترونیکی نقطه کوانتومی تغییر می کند. در نوع دوم نقطه کوانتومی هسته- پوسته هردو لبه باند رسانش و طرفیت هسته پایین تر یا بالاتر از لبه هاي باند پوسته قرار می گیرد. در این نوع نقطه کوانتومی حفره ها در باند ظرفیت هسته و الکترونها در باند رسانش پوسته محصور می شوند. در این مقاله پذیرفتاریهاي نوري غیرخطی مرتبه سوم اثر الکترواپتیک مربعی و تولید هارمونیک سوم نقاط کوانتومی هسته-پوستهي CdSe/ZnS و هسته-پوستهي معکوس شدهي ZnS/CdSe مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا با حل عددي معادله شرودینگر توابع موج و ترازهاي انرژي حالتهاي پایه و تحریکی اول محاسبه شد.
سپس پذیرفتاریهاي نوري غیر خطی مرتبه سوم اثر الکترواپتیک مربعی و تولید هارمونیک سوم محاسبه شده است. نتایج محاسبات نشان می دهند، در هردو نقطه کوانتومی با افزایش ضخامت پوسته، پذیرفتاریهاي نوري مرتبه سوم افزایش یافته و محل تشدید آنها به طرف ناحیه سرخ انتقال مییابند.
تئوري و روش
ساختار شماتیکی و تغییرات پتانسیل نقاط کوانتومی هسته-
پوستهي مورد مطالعه در شکل 1 نشان داده شده است. نیمرساناي مرکب هسته کروي به شعاع R1 توسط نیمرساناي پوستهاي با شعاع R2 احاطه شده و مجموعهي آنها داخل یک ديالکتریک
جاسازي شدهاند. با ثابت نگه داشتن شعاع هسته و تغییر دادن شعاع پوسته، ضخامت پوسته تغییر می کند.
نتایج و بحث
در محاسبات عددي مقدار ثابت گذردهی الکتریکی هر کدام از نیمرساناها برحسب ثابت گذردهی الکتریکی خلاء CdSe 9.4 و 8.9 ZnS قرار داده شدهاست. جرم موثر الکترون برحسب جرم مشخصه آن براي نیمرساناهاي CdSe و ZnS به ترتیب m 0.13m و m* 0.28m هستند. همچنین، زمان واهلش 300 fs و چگالی حاملین بار N 51024 m3 منظور شدهاست.[1] در اندازه پذیرفتاري نوري مرتبه سوم اثر الکترواپتیک مربعی نقاط کوانتومی هسته-پوستهي CdSe/ZnS و هسته-پوسته ي معکوس شده ZnS/CdSe به ازاي شعاع هسته 2 نانومتر بصورت تابعی از انرژي فوتون پمپ نشان داده شده است.
پذیرفتاري هاي نوري غیر خطی مرتبه سوم اثر الکترواپتیک مربعی هر دو نقطه کوانتومی هسته-پوسته CdSe/ZnS و هسته- پوسته ي معکوس شدهي ZnS/CdSe با افزایش ضخامت پوسته، افزایش یافته و محل تشدید آن به طرف انرژیهاي پایین انتقال می یابد. انرژي تشدید پذیرفتاري نوري غیرخطی مرتبه سوم نقطه کوانتومی هسته-پوسته بزرگتر از نقطه کوانتومی هسته پوستهي معکوس شده است. پذیرفتاري نوري غیر خطی مرتبه سوم اثر الکترواپتیک مربعی نقطه کوانتومی هسته- پوسته معکوس شده حدود یک مرتبه مقداري نسبت به هسته – پوسته معمولی بزرگتر است. علت این رفتار مربوط به عوض شدن محل پله و چاه پتانسیل است.
