O modelo mais simples para o estudo dos elétrons em sólidos é o gás de elétrons livres. Gás – porque os elétrons não interagem entre si, condição ideal.

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1 O modelo mais simples para o estudo dos elétrons em sólidos é o gás de elétrons livres.
Gás – porque os elétrons não interagem entre si, condição ideal para que consideremos cada elétron como partícula independente. Livre – porque não estão sob a ação de nenhum potencial externo, como por exemplo o potencial devido aos íons de um cristal. Sabemos que ambas as aproximações são drásticas demais. Em sólidos reais o elétron interage fortemente tanto com a rede como com os demais elétrons. Mas é uma aproximação razoável em alguns metais, principalmente os alcalinos, onde a influência dos íons é enfraquecida devido ao fenômeno de blindagem.

2 Elétrons reais são 3-D, mas podem ser feitos para se comportarem como se eles fossem livres apenas em uma ou duas dimensões. Isto pode ser alcançado armadilhando-os em um estreito poço de potencial que restringe seu movimento em uma ou mais dimensões para discretizar os níveis de energia. De acordo com essas possibilidades, os sistemas eletrônicos atuais podem ser classificados de acordo com o confinamento espacial que sofrem os portadores de carga no material. Em outras palavras, os elétrons podem estar confinados ao longo de apenas uma direção espacial. Neste caso, dizemos que comportam-se como se fossem bidimensionais. Além disso, é possível também, confiná-los ainda mais e reduzir sua dimensionalidade para um ou até mesmo zero.

3 Se tomarmos o potencial de confinamento como uma função de r =( x, y ), os elétrons permanecem livres para se mover ao longo de z e o resultado é um fio quântico, análogo a um guia de onda eletromagnético. Restringindo ainda mais o movimento, assumindo um potencial de confinamento como função r =( x, y,z ), os elétrons não são livres em nenhuma situação e produzimos um ponto quântico.

4 3-D 2-D 1-D 0-D sólidos poços quânticos fios quânticos pontos quânticos Em estruturas de dimensionalidade reduzida o movimento dos portadores é confinado em uma ou mais direções espaciais. Devido ao confinamento, os portadores exibem propriedades elétricas não usuais.