Escaleras Wannier-Stark y oscilaciones de Bloch en pozos cuánticos acoplados

Abstract

El interés en el uso del espectro electromagnético en el rango de los THz ha aumentado rápidamente. Actualmente registra una demanda continua de fuentes sintonizables, coherentes y compactas en este rango. Transiciones intersub-banda en pozos cuánticos semiconductores son una fuente prometedora para generar radiación coherente en el rango de THz. A pesar de los grandes éxitos de los láseres de cascada cuántica en el mediano infrarrojo, la realización de un láser intersub-banda de THz permanece lejana. Se ha estado trabajando en el diseño de un pozo cuántico con el objetivo de lograr ganancia en la región de THz [1]. Transiciones electrónicas asistidas por tunelamiento interbanda han sido estudiadas y han demostrado que a pesar de las altas tasas de scattering son posibles las oscilaciones de THz. Si la barrera entre dos pozos cuánticos es lo suficientemente delgada, los estados cuánticos en los cuales un electrón (o hueco) podría estar en los pozos individuales estarán fuertemente hibridizados y las funciones de onda correspondientes se extenderán a través de ambos pozos. En este caso hablamos de un sistema de pozo cuántico acoplado. Este sistema podría ser o no de dos pozos idénticos; de tal manera que en los no idénticos la asimetría sintoniza la diferencia de energía entre los dos pozos. En las superredes tenemos muchos niveles de energía posibles entre los cuales el electrón puede saltar; a esto se le llama la escalera de Wannier-Stark. En un pozo doble, la escalera se reduce a 2 niveles de energía. En el momento en el que sometamos este pozo cuántico acoplado a un campo eléctrico, variará a voluntad la distancia entre los niveles de energía. En tales condiciones, las funciones de onda de un electrón estarán crecientemente localizadas en pozos individuales a medida que el campo incrementa. Dado que el movimiento oscilatorio de un electrón en una escalera se va confinando, su frecuencia va aumentando. En esencia, lo que tenemos es un Oscilador de Bloch. Las oscilaciones de la carga darán lugar a emisión de radiación electromagnética de dipolo. Sabiendo escoger bien las dimensiones de los pozos para que la localización sea lo suficientemente fuerte, podemos llegar a tener oscilaciones (y por ende, ondas electromagnéticas) del orden de los Tera Hertz. En este trabajo se propone diseñar pozos dobles que permitan la producción de ondas electromagnéticas en la región de THz y estudiar la dependencia de los tiempos de tunelamiento entre los dos pozos de la geometría y del material usado.