superreticolo
superreticolo In fisica dello stato solido, relativamente a una soluzione solida, il reticolo dell’elemento che funge da soluto, immerso nel reticolo dell’elemento che funge da solvente. Gli atomi del soluto occupano posizioni ben definite nel reticolo proprio del metallo che funge da solvente; così, per es., nel caso delle leghe rame-oro (metalli ambedue caratterizzati da una struttura cubica a corpo centrato), se il rapporto tra gli atomi è di tre di rame per uno d’oro (Cu3Au), gli atomi d’oro occupano i vertici di ciascuna cella elementare e quelli di rame i centri delle facce.
Superstruttura costituita dall’alternanza periodica di sottilissimi strati di due opportuni materiali cristallini, nella quale alla periodicità tipica della natura cristallina dei singoli materiali si sovrappone una superperiodicità artificiale che provoca l’insorgere di proprietà del tutto peculiari. L’elemento di base di un s. è l’eterostruttura composta da due materiali cristallini in intimo contatto. I s. di maggiore interesse anche dal punto di vista applicativo, sono quelli costituiti da materiali semiconduttori (s. semiconduttori o a semiconduttori). La superstruttura a semiconduttori più impiegata nella realizzazione di s. è costitui;ta da due sottili strati della lega ternaria AlxGa1−xAs che comprendono uno strato sottile (di spessore d=1-50 nm) di GaAs, con interfacce di elevata perfezione a livello atomico (fig. 1). Al variare di x (la frazione di atomi di gallio sostituiti in GaAs da atomi di alluminio) varia la larghezza Eg della banda di energia proibita tra la banda di valenza e quella di conduzione (➔ semiconduttore). La fig. 2 mostra l’andamento di Eg in funzione di x. Poiché nell’AlxGa1−xAs la larghezza della banda proibita Eg è maggiore di quella, Ec, nel GaAs, nella superstruttura si ha una struttura a bande con diagramma spaziale in direzione ortogonale alle interfacce come quello riportato in fig. 3, dove le linee marcate rappresentano i bordi delle bande di valenza e di conduzione, ΔE e ΔE′ sono le altezze delle barriere energetiche rispettivamente per elettroni e lacune. Un elettrone con energia compresa tra Ec ed Ec+ΔE si propaga nel GaAs fino a una delle interfacce dove subisce una riflessione, rimanendo confinato nella buca quantica tra z=0 e z=d (avendo preso l’asse z ortogonale alle interfacce e con l’origine su una di esse), mentre è libero di muoversi nel piano xy; l’energia associata al moto lungo z potrà assumere solo valori discreti, la cui separazione è tanto più marcata quanto più d è prossima alla lunghezza d’onda di de Broglie dell’elettrone λ=h(2m*E)−1/2, con h costante di Planck, m* massa efficace ed E energia dell’elettrone. Attraverso una variazione continua della composizione dei materiali che costituiscono il s. (modulandone il drogaggio) si possono ottenere bande con una struttura disegnata a tavolino (ingegneria delle bande). S. di questo tipo sono, per es., utilizzati per la realizzazione di laser a buca quantica, caratterizzati da valori molto bassi della tensione di funzionamento, impiegati nei lettori di CD. Nel s. si può avere effetto tunnel in condizioni di risonanza tra le varie buche quantiche, fenomeno osservato e che potrà aprire la strada a componenti elettronici a stato solido completamente nuovi.