Efecto del confinamiento cuántico en las propiedades ópticas de los nanomateriales

Existen varios mecanismos para modificar las propiedades ópticas de los materiales y por tanto su aplicación en dispositivos fotónicos. Si variamos las dimensiones de un material es posible modificar sus propiedades ópticas  ya que variamos su confinamiento dieléctrico. Estos efectos de tamaño serán cada vez mas importantes ya que la tendencia actual es hacia la miniaturización de los dispositivos. Además existen otros mecanismos asociados a la estructura de los dispositivos heterogéneos.

En las nanoparticulas con algunas de sus dimensiones menores que 10nm, aparecen nuevos efectos, ya que las leyes de la física clásica dejan de ser validas y necesitamos de la física cuántica para poder explicarlos. Por ejemplo, la energía potencial mínima de un electrón confinado dentro de una nanoparticula es mayor que la esperada en física clásica y los niveles de energía de sus diferentes estados electrónicos son discretos. Debido al confinamiento cuántico, el tamaño de la partícula tiene un efecto drástico sobre la densidad de estados electrónicos y por ello sobre la respuesta óptica.

Una aplicación de los efectos de confinamiento cuántico es la fabricación de diodos láseres avanzados, utilizando pozo, hilos y puntos cuánticos. En un láser de pozo cuántico, la emisión de luz se realiza paralelamente a las caras que confinan el pozo. Las ventajas de este tipo de láseres son la sintonizabilidad de la emisión láser, una ganancia óptica superior -densidades de corriente umbrales inferiores a los láseres de semiconductores- y estabilidad frente ala variación de temperatura. En los años 80 se desarrollaron los diodos de hilo cuántico y desde la ultima década hasta la actualidad ha habido un gran esfuerzo en desarrollar y comercializar los láseres de punto cuántico.

El tamaño mínimo de un punto cuántico corresponde al de una molécula, lo que establece una conexión entre la electrónica cuántica (inorgánica) y la optoelectronica molecular, cuyo fin es el diseño y construcción de dispositivos utilizando moléculas o agregados moleculares. Los OLEDs organic light emission diode- son LED basados en películas de materiales orgánicos y poliméricos.

El principal problema de los láseres de punto cuántico es la emisión se produce entre las caras que delimitan el pozo y el haz laser a de propagarse en la dirección perpendicular de las caras. Para solucionar este inconveniente, se utilizan reflectores tipo braga de multicapas con distinto índice de refracción o de cristal fotónico. Estos láseres de emisión superficial con cavidad  vertical VCSEL ? ? vertical cavity surface emitting laser- se pueden integrar en sistemas de dos dimensiones con empaquetamientos superiores a los 106 cm-2. Pueden fabricarse VCSEL sobre un sustrato matricial y poderlos utilizar así en sistemas de proyección, impresoras láser, escáneres.

Morales R. Karelis

CI 18089995

EES secc2