دانلود فایل: دانلود پروژه رشته فیزیک در مورد نانو فنّاوری – قسمت دوم

دانلود پایان نامه

جایگاه الکترون و حفره در اکسیتون بوسیله توصیف می¬گردد. به دلیل اینکه جرم مؤثر الکترون و حفره از جرم الکترون کوچکتر و ثابت دی الکتریک نیم¬رساناها چند برابر 1(ثابت دی الکتریک خلأ) می باشد، شعاع بوهر اکسیتون بزرگتر از شعاع بوهر اتم هیدروژن و انرژی ریدبرگ اکسیتون کوچکتر از انرژی ریدبرگ هیدروژن می باشد. مقادیر برای نیم¬رساناها معمولی بین 1 تا 10 نانومتر می باشد[8]. و انرژی ریدبرگ اکسیتون مقدار تقریبی از 1 تا 100 الکترون ¬ولت را دارا است[32]. به دلیل استتار حفره بوسیله الکترونها در جامد توده-ای، انرژی پیوند اکسیتون عموماً بسیار کوچک می باشد. پس حالتهای اکسیتونی فقط در دماهای بسیار پائین قابل نظاره هستند( انرژی لازم برای واپاشی اکسیتون به حاملهای آزاد، در دماهای معمولی بوسیله انرژی گرمائی محیط قابل تأمین می باشد). در مولکولها، جفت الکترون و حفره جایگزیده هستند و به دلیل اثر استتار بسیار کم، برهم کنش قوی کولمبی بین آنها هست. نانوذرّات بین این دو حالت قرار دارند[32].

نکته مهم : برای بهره گیری از متن کامل پژوهش یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و پژوهش دانشگاهی در رشته های مختلف می باشد که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید
هنگامی که ابعاد ذرّه کاهش می¬یابد، شعاع ذرّه با اندازه اکسیتون قابل مقایسه و یا حتی بزرگتر می¬گردد. این به این معنا می باشد که در نیم¬رساناهائی که اندازه-شان با شعاع بوهر اکسیتون قابل مقایسه می باشد، برهم نهی بزرگتری بین توابع موج الکترون و حفره رخ می¬دهد و الکترون و حفرۀ آزاد نمی¬توانند وجود داشته باشند زیرا ابعاد نانوذرّه با فاصله¬ای که در آن الکترون و حفره با یکدیگر بر همکنش دارند(شعاع بوهر اکسیتون) قابل مقایسه می باشد. همین نکته منشأ تفاوت خواص نوری نیم¬رساناهای حجیم و نانو اندازه می باشد. در نانوذرّات به دلیل تعداد کم الکترونها( در مقایسه با حالت حجیم) اثر استتار نیز کمتر می باشد. نکته بسیار مهمی که در این زمینه قابل توجّه است این می باشد که با کاهش اندازه بلور، بین جذب اکسیتونی و برانگیختگی الکترون به نوار هدایت تمایزی وجود ندارد. به گونه¬ای که حالتهای اکسیتونی و حالتهای اشغال نشده هر دو در یک محدوده متمرکز می¬شوند[35].
1-6 شعاع نانو ذرّات
با مطالبی که گفته گردید اکنون می¬توان به یکی از اوّلین سؤالاتی که به هنگام مطالعه نانوذرّات به ذهن خطور می¬کند پاسخ داد: به ذرّات از چه اندازه¬ای کوچکتر نانوذرّه می¬گویند؟
همانگونه که در بخش بالا تصریح گردید، تفاوت بعضی از خواص نانوذرّات و مواد حجیمِ نیم¬رسانا از وضعیت الکترون و حفره و اندرکنش آنها ناشی می¬گردد. شعاع بوهر اکسیتون شعاعی می باشد که هر گاه اندازه ذرّه با آن قابل مقایسه باشد حاملهای بار در حبس کوانتومی قرار گرفته و با یکدیگر اندرکنش صد در صد می¬نمایند. به این دلیل منطقی می باشد که شعاع بوهر اکسیتون حالت حجیم به عنوان معیار ورود به فاز نانو قلمداد گردد. پس می¬توان گفت: هرگاه ابعاد ذرّه نیم¬رسانائی با شعاع بوهر اکسیتون حالت حجیم همان نیم¬رسانا قابل مقایسه گردد به آن نانوذرّه گوئیم و آن ذرّه خواص تابع اندازه از خود بروز می¬دهد[36].

1-7 ذرّه در جعبه کوانتومی
افزایش گاف انرژی با کاهش اندازه نانوذرّات، به عنوان اثر اندازه کوانتومی ¬شناخته می¬گردد. مطالعه خواص نوری نانوذرّات CdS، بروز اثر اندازه کوانتومی را در آنها را نشان داده می باشد[38-37]. یکی از علت های توجّه فراوان به نانوذرّات CdS به خاطر نمایش خوب اثر اندازه کوانتومی در زیر شعاع بوهر اکسیتون در آنها می باشد. اثر اندازه کوانتومی برای نانوذرّات CdS وقتی که اندازه¬شان به 5 نانومتر برسد ظهور می¬کند[40-39].
می¬توان اثر اندازه کوانتومی را بوسیله در نظر گرفتن مسئلۀ ذرّه در جعبه، به گونه کیفی توجیه نمود. بعضی از محققین به این وسیله و با توجه نکردن از بر همکنش الکترون و حفره در نانوذرّات، درک اثر اندازه کوانتومی و تغییر وضعیت ترازهای انرژی در گذار از فاز حجیم به نانو را آسان کرده¬اند. آنها با این ساده سازی که یک نانوذرّه به صورت یک چاه کوانتومی بینهایت یک بعدی به پهنای d می باشد، حاملهای بار در آن را به صورت آزاد در نظر گرفته¬اند[41].
هنگامی که الکترون و حفره در بلور حجیم به صورت آزاد در نظر گرفته شوند(تقریب جرم مؤثر) نمودار انرژی آنها به صورت سهموی می باشد. با حبس شدن حاملها در یک جعبۀ کوانتومی، ترازهای پیوستۀ انرژی دچار گسستگی می¬شوند. این وضعیت در شکل1-5 نشان داده شده¬ می باشد. از طرفی طيف جذب نوری یک نیم¬رسانا(که از آن طول موج معادل گاف نواری به دست می¬آید) با طیف ذرۀ منفرد متناظر نمی¬باشد زیرا که جذب نوری معادل تولید یک زوج الکترون- حفره در بلور و نه یک تک الکترون یا حفره منفرد می باشد. از این رو، مسئله زمانی کامل می باشد که معادله شرودینگر برای یک زوج الکترون- حفره حل گردد. با انتخاب مبدأ مناسب و حل معادله شرودینگر، رابطۀ زیر برای انرژی گاف نواری نانوذرّات به دست می¬آید:

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

این معادله اظهار می¬کند که اولاً گاف نواری نانوذرّات نسبت به حالت حجیم خود به سمت انرژیهای بالاتر جابجا می¬گردد و این جابجائی اگر اندازه ذرّات با L نشان داده شوند با متناسب می باشد و ثانیاً طيف انرژي، به جای نوار از يك سري خطوط كه مربوط به گذارهاي الكترون- حفره هستند، تشكيل شده می باشد.

شکل1-5) در نانوذرّات که حاملهای بار در یک حجم کوچک حبس شده¬اند(مشابه وضعیت حاملها در یک چاه کوانتومی بینهایت با پهنا d) ترازهای انرژی گسسته شده و گاف انرژی نسبت به حالت حجیم افزایش می¬یابد[41].

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

با در نظر گرفتن اندركنش كولني، مسأله ديگر تغيير مي¬كند و دیگر نمي¬توان آن را به صورت تحليلي حل نمود. در چنین حالتی روشهای عددی به كار برده می-شوند. نمونه¬ای از حل معادله شرودینگر در حضور اندرکنش کولنی را می¬توان در مرجع[42] نظاره نمود.
نکته قابل توجّه اینکه، همزمان با کاهش اندازه جعبه(ذرّه)، گسستگی ترازها نیز افزایش می¬یابد. این افزایش گسستگی، در طیف جذب نوری نانوذرّات، معادل تیز شدن قلّۀ جذب است. به این ترتیب با در نظر گرفتن ذرّه در جعبه کوانتومی، می¬توان درک بسیاری از پدیده¬ها را آسان نمود.

1-8 نسبت سطح به حجم در نانوذرّات
به غیر از حبس کوانتومی حاملهای بار، نسبت سطح به حجم بسیار زیاد، یکی دیگر از عوامل بروز خواص جالب توجّه و متفاوت از حالت حجیم در نانوذرّات می باشد. برای درک بهتر، نسبت سطح به حجم ذرّات کروی و مکعبی در شکل1-6 محاسبه و نشان داده شده می باشد.

شکل1-6) نسبت مساحت سطوح به حجم نانوذرّات کروی و مکعبی با اندازه آنها نسبت معکوس دارد.

این نوشته در فیزیک ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید