Vorrei sapere cosa siano i pozzi quantistici e i punti quantici. ho sentito anche parlare di atomi artificiali in relazione ai punti quantici, m piacerebbe sapere in cosa consistono,quali sono le loro applicazioni e i metodi con cui si producono.Vi ringrazio per la disponibilità!

I pozzi e
i punti quantistici sono due esponenti della famiglia delle cosiddette
nanostrutture, cioè degli oggetti delle dimensioni dell’ ordine dei
nanometri (10-9
m); date le dimensioni, il comportamento quantistico di questi oggetti
gli fornisce delle peculiarità ottiche, elettroniche, magnetiche, che
in un certo senso generalizzano le proprietà note degli atomi e delle
molecole.

In particolare, i punti quantistici (quantum dots), i fili
quantistici (quantum wires) e i pozzi quantistici (quantum wells) hanno
un enorme varietà di applicazioni possibili, anche nell’industria, e
riscuotono quindi un grandioso successo quando si tratta di finanziare
un progetto in ambito accademico…

I tre summenzionati oggetti, che non esauriscono l’elenco
delle nanostrutture, vengono ottenuti quando degli elettroni (o delle
lacune) in un solido (tipicamente un semiconduttore) vengono confinati
in uno spazio che sia approssimativamente bidimensionale,
unidimensionale, oppure zero-dimensionale, rispettivamente per un
quantum well, un quantum wire, o un quantum dot. Ovviamente si intende
che uno spazio bidimensionale sia uno strato di spessore molto
inferiore di larghezza e lunghezza, per esempio un “panino” di due
strati di un semiconduttore, con in mezzo uno strato molto più sottile
in cui l’energia di un elettrone libero sia piu’ bassa. Questo crea una
buca di potenziale in cui un elettrone può muoversi, ma da cui, per
motivi energetici, non riesce a scappare (o meglio la probabilità di
scappare è estremamente piccola). Un simile sistema ad esempio si trova
nei laser dei lettori CD. Analogamente per il significato di “fili” o
“punti” quantistici.

In una struttura del genere, gli elettroni hanno dei livelli
energetici quantizzati (o meglio è quantizzata la parte dell’energia
che si riferisce al moto lungo le direzioni in cui c’è il
confinamento). Questa situazione è analoga a quanto avviene negli
atomi, o nelle molecole, dove i livelli energetici sono dati dal
potenziale attrattivo del nucleo sugli elettroni (“aggiustato” tenendo
conto delle interazioni tra gli elettroni).
Ovviamente i livelli energetici degli elettroni in una nanostruttura
sono diversi da quelli atomici, e questo dà modo di compilare delle
“tavole periodiche alternative” (che in un certo senso rispecchiano la
passione dei fisici per la fantascienza) per sistemare le proprietà
degli “elementi” cosí ottenuti. Un esempio è il seguente:



in cui si presenta una tavola periodica di “atomi artificiali”
ottenuti da un quantum dot con un diverso numero di elettroni. Poiché
queste strutture sono molto più grandi degli atomi “veri”, rendono
possibili esperimenti non fattibili con gli atomi, per esempio
collegare il sistema a degli elettrodi, oppure la misura degli effetti
del campo magnetico sulle proprietà atomiche, eccetera.
Per quanto riguarda i metodi di produzione, ce ne sono davvero tanti;
si possono ottenere nanostrutture per deposizione di film su
particolari substrati, oppure per precipitazione “controllata”, basta
una ricerca con google di “quantum dots” per trovare un numero
spropositato di pagine in cui i produttori di dispositivi basati su
nanostrutture pubblicizzano il proprio metodo, oppure in cui qualche
gruppo di ricerca illustra l’ultimo metodo che hannno messo a punto.
Questo perchè oggetti cosí piccoli non possono essere costruiti a mano,
ma indirettamente tramite dei processi che dipendono da dei parametri,
e regolando questi parametri si può ottenere una efficienza (e quindi
un costo) molto differente.