Die elektronischen und optischen Eigenschaften nanoskaliger Partikel weichen erheblich von denen makroskopischer Materialien ab. Der Quantum confinement effect[a] 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). [1]
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 Nanometerbereich, wird das Energiespektrum diskret. Infolgedessen wird die Bandlücke größenabhängig. Wenn die Partikelgröße abnimmt, führt das zu einer Blauverschiebung des Energiespektrums. [1]
Anmerkungen
[a] Im deutschsprachigen Raum ebenfalls als Quantum confinement effect, Quanten-Confinement-Effekten oder grob übersetzt als Quanteneinschlusseffekt bezeichnet.
Einzelnachweise
[1] S. M. Bhagyaraj, Synthesis of inorganic nanomaterials, 1. Aufl., Woodhead Publishing, 2018.