Потенциальные ямы, такие как бесконечная и конечная потенциальные ямы, десятилетиями были стандартными примерами в учебниках по квантовой механике. Сначала они были лишь теоретическими игрушечными моделями, но со временем ученым удалось их изготовить, что привело к революции в области нанотехнологий.
1. Является ли процесс изготовления слишком сложным, чтобы его можно было объяснить студентам бакалавриата, изучающим квантовую механику?
2-Как такие потенциальные скважины изготавливаются на практике?
3-Почему инженерные потенциалы определенных форм стали возможны только недавно, что изменилось в науке, что сделало это возможным (поскольку, очевидно, на теоретическом уровне квантовая механика не изменилась)?
1) Ни в коем случае! Есть много приложений и примеров, для понимания которых не нужны три доктора философии. Гоша, с чего начать...
2) Слишком много, чтобы перечислять здесь, и я не эксперт, но один важный общий метод - это нанесение слоев на материал, например, как изготавливаются транзисторы и другие полупроводниковые устройства. Осаждение паров, ионная бомбардировка и многое другое. Приложение напряжения к готовому устройству изменяет потенциалы различными способами, например, контролируя наклон квантовой ямы, что влияет на поведение электронов в ней, что влияет на взаимодействие устройства со светом. Квантовые ямы — это такая общая идея, и она, конечно, не ограничивается полупроводниками — можно было бы написать впечатляющую большую книгу, описывающую все способы создания конкретных квантовых потенциалов, а квадратные ямы довольно распространены.
3) Неуклонный прогресс технологии производства достиг точки, когда стало возможным интересное применение потенциала прямоугольной ямы. Каждый раз, когда становится возможным что-то интересное, это случается — тысячи инженеров, физиков и творческих изобретателей жаждут воплотить самые разные идеи в реальность. Обычно в науке нет ничего, что можно было бы назвать ключом к изобретению; так много технологии производства и усовершенствования лабораторного оборудования.
Есть квантовые точки, созданные с помощью тех же основных процессов, которые используются для всех полупроводников, травления и осаждения слоев, с любыми изощренными усовершенствованиями, которые могут объяснить только эксперты, для создания крошечных цилиндров или кубов, стоящих на подложке. Этого нельзя было сделать десятилетия назад, потому что для получения интересных квантовых эффектов эти цилиндры должны быть маленькими, либо сравнимыми с оптическими длинами волн, либо меньшими, чтобы воздействовать на электронные волны.
Есть также наночастицы, которые имеют сферическую форму, возможно, покрытые другим материалом, с забавными явлениями квантовой ямы, включающими электроны, энергетические уровни и оптические свойства.
Производство полупроводников находится в долгом подъеме, чтобы создавать все более мелкие структуры, чтобы мы могли иметь более быстрые процессоры, больше памяти и все остальное. Каждый год или около того становится возможным что-то, что было теорией. (Я все еще жду транспортеров из «Звездного пути».) Если вы действительно хотите много узнать об ответах на свои вопросы, вы будете читать историю или преследовать движущуюся цель.
Конечно, почитайте электронику. Вот статья, которая может быть информативной: http://ecee.colorado.edu/~bart/book/book/chapter2/ch2_3.htm Google для «лазеров с квантовыми ямами» и для «двумерного электронного газа», который представляет собой рой свободные носители заряда в проводнике, заключенные в тонкий слой из-за ограничения по третьему измерению искусственной потенциальной ямой. Важным применением 2DEG является разработка HEMT (транзисторов с высокой подвижностью электронов — см. http://en.wikipedia.org/wiki/High_electron_mobility_transistor ), которые необходимы в современной радиоастрономии и используются на таких объектах, как ALMA. Другие темы для обсуждения: метаматериалы, синие светодиоды (http://www.jpsalaser.com/apps_led.html), QWIP (инфракрасные фотодетекторы с квантовыми ямами — попробуйтеhttp://cqd.eecs.northwestern.edu/research/qwip.php или этот PDF-файл исследования для ВМС США www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a275745.pdf содержит некоторые пикантные подробности, хотя это может дело вкуса)
Эта статья, я думаю, может частично ответить на ваше любопытство: http://www.sandia.gov/media/quantran.htm (Квантовые транзисторы в Sandia Labs)
Не знаю, интересно ли это, но хочется отметить: спектры и другие свойства взаимодействия органических молекул с двойными связями, особенно многокольцевых, «ароматических» молекул, можно в какой-то степени понять, если подумать валентных электронов, застрявших в коробках с квантовыми ямами. Посмотрите "метод Хюккеля". Изменяя боковые цепи, химики могут регулировать уровни энергии для изменения цвета красителей. Я не мог найти хорошо написанную статью прямо сейчас.
Извините за этот короткий неинформативный ответ - я ленивый и не эксперт! :П
ПФО