خاستگاه مفهوم چاه های کوانتومی

در سال 1972، چارلز اچ. هنری، فیزیکدان و رئیس تازه منصوب شده بخش تحقیقات الکترونیک نیمه هادی در آزمایشگاه های بل، علاقه شدیدی به موضوع اپتیک یکپارچه، ساخت مدارهای نوری که در آن نور در موجبرها حرکت می کند، داشت.

بعداً در همان سال، هنری که در مورد فیزیک موجبرها فکر می کرد، بینش عمیقی داشت. او متوجه شد که یک ناهمساختار دوگانه نه تنها یک هدایت کننده موج برای امواج نور، بلکه به طور همزمان برای امواج الکترونی است. هنری از اصول مکانیک کوانتومی استفاده می کرد که بر اساس آن الکترون ها هم به صورت ذره و هم به صورت موج رفتار می کنند. او تشابه کاملی را بین محصور شدن نور توسط یک موجبر و محصور شدن الکترون‌ها توسط چاه پتانسیلی که از تفاوت شکاف‌های باند در یک ناهم‌ساختار مضاعف ایجاد می‌شود، دریافت.

C.H. هنری متوجه شد که همانطور که حالت‌های گسسته‌ای وجود دارد که در آنها نور در یک موجبر حرکت می‌کند، باید حالت‌های تابع موج الکترونی گسسته در چاه پتانسیل وجود داشته باشد که هر یک سطح انرژی منحصربه‌فردی دارند. تخمین او نشان داد که اگر لایه فعال ساختار ناهمگون به نازکی چند ده نانومتر باشد، سطوح انرژی الکترون با ده‌ها میلی‌الکترون ولت از هم جدا می‌شود. این مقدار از تقسیم سطح انرژی قابل مشاهده است. ساختاری که هانری تحلیل کرد امروزه «چاه کوانتومی» نامیده می شود.

هنری شروع به محاسبه کرد که چگونه این «کوانتیزاسیون» (یعنی وجود توابع موج الکترون گسسته و سطوح انرژی الکترون گسسته) خواص جذب نوری (لبه جذبی) این نیمه هادی ها را تغییر می دهد. او متوجه شد که به جای اینکه جذب نوری مانند نیمه هادی های معمولی به آرامی افزایش یابد، جذب یک ناهمساختار نازک (هنگامی که در مقابل انرژی فوتون رسم می شود) به صورت یک سری مراحل ظاهر می شود.

علاوه بر مشارکت های هنری، چاه کوانتومی (که نوعی لیزر ناهم ساختار دوگانه است) در واقع برای اولین بار در سال 1963 توسط هربرت کرومر در مجموعه مقالات IEEE [2] و به طور همزمان (در سال 1963) در ایالات متحده آمریکا توسط Zh. I. Alferov و R.F. کازارینوف.[3] آلفروف و کرومر در سال 2000 جایزه نوبل را به دلیل کارشان در ناهمسان سازه های نیمه هادی دریافت کردند.