Los pozos de potencial, como el pozo de potencial infinito y finito, han sido los ejemplos estándar en los libros de texto de mecánica cuántica durante decenas de años. Comenzaron siendo solo modelos de juguete teóricos, pero a medida que pasa el tiempo, los científicos lograron fabricarlos, lo que resultó en la revolución de la nanotecnología.
1-¿El proceso de fabricación es demasiado técnico para ser explicado a los estudiantes de pregrado que están tomando un curso de mecánica cuántica?
2-¿Cómo se fabrican en la práctica tales pozos potenciales?
3-¿Por qué los potenciales de ingeniería de ciertas formas solo se hicieron posibles recientemente, qué cambió en la ciencia que lo hizo posible (ya que obviamente en el nivel teórico la mecánica cuántica no cambió)?
1) ¡En absoluto! Hay muchas aplicaciones y ejemplos que no necesitan tres doctorados para entender. Dios, por dónde empezar...
2) Demasiados para enumerarlos aquí, y no soy un experto, pero un método general importante es depositar capas sobre un material, por ejemplo, cómo se fabrican los transistores y otros dispositivos semiconductores. Deposición de vapor, bombardeo de iones y más. La aplicación de voltajes al dispositivo terminado altera los potenciales de varias maneras, como controlar la pendiente de un pozo cuántico, lo que afecta el comportamiento de los electrones allí, lo que influye en la interacción del dispositivo con la luz. Los pozos cuánticos son una idea tan general, y ciertamente no se limitan a los semiconductores: uno podría escribir un libro impresionantemente grande que cubra todas las formas en que se crean los potenciales cuánticos particulares, y los pozos cuadrados son bastante comunes.
3) El progreso constante de la tecnología de fabricación llegó al punto en que eran posibles aplicaciones interesantes de los potenciales de pozos cuadrados. Cada vez que algo interesante se vuelve posible, sucede: hay miles de EE, físicos e inventores creativos ansiosos por hacer realidad todo tipo de ideas. Por lo general, no hay nada en la ciencia que pueda elogiarse como la clave de una invención; tanto es la técnica de fabricación y las mejoras en el equipo de laboratorio.
Hay puntos cuánticos, hechos por los mismos procesos básicos usados para todos los semiconductores, grabando y depositando capas, con refinamientos sofisticados que solo los expertos pueden explicar, para hacer diminutos cilindros o cubos sobre el sustrato. Esto no podría haberse hecho hace décadas porque para tener efectos cuánticos interesantes, estos cilindros deben ser pequeños, comparables a las longitudes de onda ópticas o más pequeños para afectar las ondas de electrones.
También hay nanopartículas que son esféricas, tal vez recubiertas con otro material, con divertidos fenómenos de pozos cuánticos que involucran electrones, niveles de energía y propiedades ópticas.
La fabricación de semiconductores ha estado en un largo camino cuesta arriba para hacer estructuras cada vez más pequeñas para que podamos tener CPU más rápidas, más memoria y todo lo demás. Cada año, más o menos, se vuelve posible algo que había sido teoría. (Todavía estoy esperando los transportadores de Star Trek). Si realmente quiere saber mucho sobre las respuestas a sus preguntas, estará leyendo historia o persiguiendo un objetivo en movimiento.
Definitivamente, lee sobre electrónica. Aquí hay un artículo que podría ser informativo: http://ecee.colorado.edu/~bart/book/book/chapter2/ch2_3.htm Busque en Google "láseres de pozo cuántico" y "gas de electrones bidimensionales", que es un enjambre de portadores de carga libres en un conductor confinado a una capa delgada debido al confinamiento a lo largo de la tercera dimensión por un pozo de potencial fabricado. Una aplicación importante de 2DEG es el diseño de HEMT (transistores de alta movilidad de electrones; consulte http://en.wikipedia.org/wiki/High_electron_mobility_transistor ), esencial en radioastronomía avanzada y utilizado en instalaciones como ALMA. Otros temas a seguir: metamateriales, LED azules (http://www.jpsalaser.com/apps_led.html), QWIP (Quantum Well Infrared Photodetectors - pruebehttp://cqd.eecs.northwestern.edu/research/qwip.php o este PDF de investigación para la Marina de los EE. UU. www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a275745.pdf tiene algunos detalles jugosos, aunque eso puede ser cuestión de gustos)
Creo que este artículo podría ser correcto al responder parcialmente a su curiosidad: http://www.sandia.gov/media/quantran.htm (Transistores cuánticos en Sandia Labs)
No sé si esto es de interés, pero siento la necesidad de mencionar: los espectros y otras propiedades de interacción de las moléculas orgánicas con dobles enlaces, especialmente las de múltiples anillos, las moléculas "aromáticas", se pueden entender hasta cierto punto pensando de los electrones de valencia atrapados en cajas de pozos cuánticos. Busque "Método Hückel". Al alterar las cadenas laterales, los químicos pueden ajustar los niveles de energía para alterar los colores de los tintes. No pude encontrar un artículo bien escrito en este momento.
Perdón por esta breve respuesta poco informativa: ¡soy un vago y no un experto! :PAG
DPF