Quantum Confinement Effect

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Die elektronischen und optischen Eigenschaften nanoskaliger Partikel weichen erheblich von denen makroskopischer Materialien ab. Der Quantum confinement effect [A1] beschreibt in diesem Zusammenhang das Phänomen der größer werdenden Bandlücke bei keiner werdenden nanoskaligen (Halb-)Leiterpartikeln. Denn je kleiner ein Partikel wird, desto mehr wird die Bewegung eines sich zufällig bewegenden Elektrons eingeschränkt, bis seine Bewegung auf bestimmte Energieniveaus beschränkt wird (Diskretion; Teilchen im Kasten).

Außenelektronen in einem (halb-)metallischen Material können sich so verhalten, als wären sie frei, wenn die einschließende Dimension – also die Größe des Materialverbundes – im Vergleich zur Wellenlänge des Teilchens sehr groß ist. Dabei besteht ein annähernd kontinuierliches Energiespektrum und die Bandlücke bleibt auf ihrer ursprünglichen Energie. Wenn die einschränkende Dimension jedoch abnimmt und eine bestimmte Grenze erreicht, typischerweise im Nanobereich, wird das Energiespektrum diskret. Infolgedessen wird die Bandlücke größenabhängig. Wenn die Partikelgröße abnimmt führt das zu einer Blauverschiebung des Energiespektrums.

quantum confinement effect - Quanteneinschlusseffekt

Wenn also die Größe eines Teilchens abnimmt, bis wir eine Nanoskala erreichen, macht die Abnahme der Einschlussdimension die Energieniveaus diskret, was die Bandlücke vergrößert und letztlich auch die Bandlückenenergie erhöht.

Anmerkungen

[A1] wir konnten spontan keine korrekte Übersetzung finden, würden aber „Quanteneinschlusseffekt“ vorschlagen.