CONFINAMIENTO NANOSC´OPICO EN ESTRUCTURAS ... - It works!

94 Capítulo 5: Confinamiento dieléctrico5.4.3. Descentrado de una impureza hidrogenoide en un nanocristalde SiO 2 : Un caso paradigmático de régimende confinamiento débilComo se apuntó al comienzo de la sección, la literatura contempla numerososcálculos de las energías del estado fundamental y de enlace de impurezasdadoras (centradas y descentradas) en puntos cuánticos, modelizadosmediante potenciales confinantes de tipo parabólico y escalón (tanto conbarrera finita como infinita) [216, 217, 218, 220, 221, 222, 223, 225]. Todosestos trabajos abordan sistemas en que las discontinuidades dieléctricasson pequeñas, razón por la que ignoran los efectos de polarización y autopolarización.Otra característica común de estos trabajos es que incluyensituaciones en que los sistemas bajo estudio se encuentran en régimen deconfinamiento débil, donde los métodos perturbacionales no son adecuados,de modo que la aproximación variacional es una buena alternativa.La conclusión general obtenida de estos estudios es la disminución de E bcon el descentrado de la impureza, atribuída al efecto desestabilizante delpotencial confinante espacial. Sin embargo, las evidencias presentadas en lasección 5.4.2 hacen sospechar que determinados sistemas podrían presentaruna tendencia opuesta. Veíamos que, para un nanocristal dopado en aire ovacío, los confinamientos dieléctrico y másico promueven la estabilizacióndel estado fundamental electrónico con el aumento de z I (sobre todo en régimende confinamiento débil), y que la mayor variación de energía frente az I se produce para valores de la constante dieléctrica ε dot ≈ 3. Por tanto, elestudio de un nanocristal de SiO 2 (de constante dieléctrica ε dot = 4 [228])puede resultar de interés. Consideramos por tanto un QD esférico de SiO 2en aire, con R = 3 nm, masa efectiva m ∗ dot= 0.5 [236] y electroafinidad EA= 0.9 eV [237]. El radio efectivo de Bohr es por tanto a ∗ 0 = εma ∗ 0 = 4.2 Å≪ R, por lo que el régimen de confinamiento es claramente débil.La figura 5.8(a) muestra los resultados obtenidos de energía de enlacefrente a z I para el sistema considerado. Al igual que en la sección 5.4.2,llevamos a cabo dos series de cálculos de E b en función de z I : S0, que excluyeel efecto del potencial de autopolarización, y S1, que considera latotalidad de los efectos dieléctricos. En estos cálculos se ha asumido que laaltura de la barrera de potencial coincide con la electroafinidad del material[238, 239]. Como se sospechaba, la figura evidencia un aumento de E b con eldescentrado, justamente el comportamiento opuesto al generalmente aceptado.A pesar del efecto desestabilizante del potencial confinante espacial,