Квантовое ограничение в нанокристаллах Si

Электронная структура нанокристаллического Si, демонстрирующего видимую фотолюминесценцию, рассчитана с использованием теоретико-плотностного подхода для конечных структур. За исключением геометрии, это та же теория, которая применяется для расчёта зонных структур полупроводников и других твёрдых тел из первых принципов. Наши результаты для кластеров, содержащих до 706 атомов Si, показывают, что ширина запрещённой зоны линейно масштабируется как L⁻¹, где L — диаметр кластера. Для таких кластеров дипольные переходы через запрещённую зону являются разрешёнными по симметрии. Таким образом, конечные структуры обладают прямой запрещённой зоной, значительно большей, чем у объёмного кремния. Для более крупных кластеров обнаруживается резкое уменьшение силы осциллятора, что согласуется с возникновением непрямой запрещённой зоны в пределе объёмного материала.