Ограничение движения электронов в материале до дискретных энергетических уровней из-за его малого размера.Квантовое ограничение — это явление, которое возникает, когда движение электронов или других носителей заряда ограничено в одном или нескольких пространственных измерениях до масштаба, сравнимого с их длиной волны де Бройля. В объемных материалах электроны движутся свободно, и их энергетические уровни образуют непрерывные зоны. Когда размер материала уменьшается до нанометрового масштаба, обычно нескольких нанометров, разрешенные энергии электронов становятся дискретными, квантованными уровнями, подобно энергетическим уровням атома. Это фундаментально меняет оптические и электронные свойства материала, такие как его ширина запрещенной зоны и спектр поглощения.
Концепция была разработана в начале 1980-х годов, ключевой вклад внесли такие исследователи, как Алексей Екимов и Луис Брус, которые независимо наблюдали размерно-зависимые оптические свойства в полупроводниковых нанокристаллах. Теоретическая основа была построена на более ранних работах по квантовой механике 1930-х годов.
Эффект возникает из-за волновой природы электронов. В ограниченном пространстве волновая функция электрона должна удовлетворять граничным условиям, что приводит к стоячим волнам только с определенными длинами волн и, следовательно, с определенными энергиями. Чем меньше область ограничения, тем больше расстояние между разрешенными уровнями энергии. Это аналогично частице в ящике в квантовой механике, где энергетические уровни обратно пропорциональны квадрату размера ящика. Ограничение может быть в одном измерении (квантовые ямы), в двух измерениях (квантовые проволоки) или в трех измерениях (квантовые точки).
Квантовое ограничение используется в квантовых точках, применяемых в дисплеях (QLED-телевизоры), биологической визуализации и солнечных батареях, а также в лазерах на квантовых ямах, используемых в оптической связи и проигрывателях CD/DVD.
Цвет, излучаемый квантовой точкой, можно настроить, просто изменив ее размер: меньшие точки излучают синий свет, большие — красный, без изменения химического состава материала.
