محققان دانشگاه تبریز در تحقیقی تئوری به تعیین اثر اعمال همزمان میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی بر خواص نوری نقاط کوانتومی پرداختند. نتایج این تحقیقات در طراحی و ساخت تجهیزات اپتوالکترونیکی قابل استفاده خواهد بود.
تبریز: بررسی خواص نوری نقاط کوانتومی در حضور میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی
در طول دهه‌ی گذشته پیشرفت قابل توجهی در روش‌های ساخت نانوساختارهای نیمه رسانا و هموار کردن راه به سوی اجرای پدیده‌های نوری مربوطه به دست آمده است. خواص نوری نانوساختارهای نیمه هادی طیف گسترده‌ای از کاربردهای بالقوه را در ساخت دستگاه‌های الکترونیکی دارا هستند.
دکتر سعید شجاعی، مجری این طرح، در اشاره به اهمیت این مواد عنوان کرد: «نقاط کوانتومی به دلیل ساختار الکترونیکی منحصربه فرد، خواص نوری ویژه و جالبی از خود نشان می‌دهند؛ به طوریکه گزینه‌های بسیار مناسبی جهت استفاده در نسل جدید تجهیزات اپتوالکترونیکی هستند.»
در این پژوهش، به بررسی خواص نوری نانوساختارهای نیمه‌رسانای نقاط کوانتومی پرداخته شده و اثر اندازه و جنس نقطه‌ی کوانتومی بر این خواص مورد مطالعه قرار گرفته است.
شجاعی در ادامه عنوان کرد: «در واقع تلاش ما بر این بود تا با کمک اعمال میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی خارجی و انجام شبیه‌سازی‌های مربوطه به درکی عمیق از نحوه‌ی کنترل خواص نوری نقاط کوانتومی و در نتیجه بهبود عملکرد افزاره‌های متشکل از این سامانه‌ها دست یابیم.»
شناخت خواص نوری خطی و غیر خطی نقاط کوانتومی در ساخت تقویت کننده‌های لیزری مادون قرمز، آشکارسازهای نوری و مدولاتورهای الکترواپتیکی فوق سریع کاربرد دارد.
به گفته‌ی این محقق، در این طرح یک نقطه‌ی کوانتومی مدل به شکل کروی در نظر گرفته شده و تأثیر همزمان میدان الکتریکی و مغناطیسی خارجی و همچنین برهمکنش الکترون-حفره (اثر اکسیتونی) بر ترازهای انرژی سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. سپس با بهره گیری از قوانین حاکم بر مکانیک کوانتومی و استفاده از ماتریس چگالی، ضریب همسوسازی نوری همراه با اثر برهمکنش الکترون-حفره محاسبه شده است. پس از آن اثر جنس و اندازه نقطه کوانتومی نیز مورد مطالعه قرار گرفته است.
وی در پایان گفت: «نتایج محاسبات و مدل‌سازی‌ها نشان داد که با افزایش اندازه‌ی نقطه کوانتومی، انرژی جفت الکترون-حفره(اکسیتون) کاهش می‌یابد. از طرفی، ضریب همسوسازی به عنوان عامل غیرخطی، با افزایش محدودیت کوانتومی، کاهش اندازه، کاهش یافته و دچار جابجایی آبی می‌شود. اما میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی بر خلاف هم عمل می‌کنند؛ به طوریکه اثر هم را خنثی کرده و یک عامل کنترل کننده‌ی پدیده نوری غیر خطی در افزاره‌های متشکل از نقاط کوانتومی است.»
نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Optik (جلد ۱۲۶، شماره ۲۳، سال ۲۰۱۴، صفحات ۶۹۲۶ تا ۶۹۲۹) منتشر شده و دکتر سعید شجاعی- عضو هیأت علمی دانشگاه تبریز- و دکتر رضا صفری در انجام آن همکاری داشته‌اند.
دکتر سعید شجاعی، مجری این طرح، در اشاره به اهمیت این مواد عنوان کرد: «نقاط کوانتومی به دلیل ساختار الکترونیکی منحصربه فرد، خواص نوری ویژه و جالبی از خود نشان می‌دهند؛ به طوریکه گزینه‌های بسیار مناسبی جهت استفاده در نسل جدید تجهیزات اپتوالکترونیکی هستند.»
در این پژوهش، به بررسی خواص نوری نانوساختارهای نیمه‌رسانای نقاط کوانتومی پرداخته شده و اثر اندازه و جنس نقطه‌ی کوانتومی بر این خواص مورد مطالعه قرار گرفته است.
شجاعی در ادامه عنوان کرد: «در واقع تلاش ما بر این بود تا با کمک اعمال میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی خارجی و انجام شبیه‌سازی‌های مربوطه به درکی عمیق از نحوه‌ی کنترل خواص نوری نقاط کوانتومی و در نتیجه بهبود عملکرد افزاره‌های متشکل از این سامانه‌ها دست یابیم.»
شناخت خواص نوری خطی و غیر خطی نقاط کوانتومی در ساخت تقویت کننده‌های لیزری مادون قرمز، آشکارسازهای نوری و مدولاتورهای الکترواپتیکی فوق سریع کاربرد دارد.
به گفته‌ی این محقق، در این طرح یک نقطه‌ی کوانتومی مدل به شکل کروی در نظر گرفته شده و تأثیر همزمان میدان الکتریکی و مغناطیسی خارجی و همچنین برهمکنش الکترون-حفره (اثر اکسیتونی) بر ترازهای انرژی سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. سپس با بهره گیری از قوانین حاکم بر مکانیک کوانتومی و استفاده از ماتریس چگالی، ضریب همسوسازی نوری همراه با اثر برهمکنش الکترون-حفره محاسبه شده است. پس از آن اثر جنس و اندازه نقطه کوانتومی نیز مورد مطالعه قرار گرفته است.
وی در پایان گفت: «نتایج محاسبات و مدل‌سازی‌ها نشان داد که با افزایش اندازه‌ی نقطه کوانتومی، انرژی جفت الکترون-حفره(اکسیتون) کاهش می‌یابد. از طرفی، ضریب همسوسازی به عنوان عامل غیرخطی، با افزایش محدودیت کوانتومی، کاهش اندازه، کاهش یافته و دچار جابجایی آبی می‌شود. اما میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی بر خلاف هم عمل می‌کنند؛ به طوریکه اثر هم را خنثی کرده و یک عامل کنترل کننده‌ی پدیده نوری غیر خطی در افزاره‌های متشکل از نقاط کوانتومی است.»
نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Optik (جلد ۱۲۶، شماره ۲۳، سال ۲۰۱۴، صفحات ۶۹۲۶ تا ۶۹۲۹) منتشر شده و دکتر سعید شجاعی- عضو هیأت علمی دانشگاه تبریز- و دکتر رضا صفری در انجام آن همکاری داشته‌اند.
