Un grupo de investigación del Instituto de Nanotecnología de Canadá y la Univversidad de Alberta han conseguido sintetizar los puntos cuánticos más pequeños hasta el momento, con un tamaño del orden del nanometro. Estos puntos cuánticos están compuestos de un solo átomo de silicio que se encuentra aislado, de modo que un electrón que se encuentra dentro del punto está atrapado y no puede salir.

En las imágenes de la derecha se pueden ver dos puntos cuánticos prácticamente unidos, de modo que un electrón que se encuentre confinado en uno de ellos, puede pasar de uno a otro. En la primera imagen, el electrón está compartido por los dos puntos. En la segunda imagen se ha aplicado un campo eléctrico, colocando una carga de control, de modo que  el electrón se ha desplazado hacia un lado.

Las imágenes se han tomado utilizando un microscopio de efecto túnel a temperatura ambiente.

Estos puntos cuánticos pueden ser  el futuro para el desarrollo de los ordenadores cuánticos, ya que permiten controlar el estado de un solo electrón.

Uno de los primeros problemas que se aborda en el estudio de la física cuántica es el pozo infinito de potencial, ya que es el sistema más sencillo en el que aparecen estados ligados. Los posibles valores de la energía de una partícula dentro del pozo infinito vienen dados por la siguiente expresión:

donde m es la masa de la partícula y a la anchura del pozo. Por tanto, la energía del estado fundamental del pozo aumenta cuando disminuimos la anchuraa. Este resultado es consecuencia del principio de indeterminación, ya que cuando intentamos localizar a una partícula, encerrándola en una región pequeña, aumenta la indeterminación de su momento y por tanto aumenta su energía cinética. En esto reside la dificultad de conseguir localizar a una partícula de modo que se encuentre encerrada dentro de una especie de pozo, ya que cuanto menor sea la región en la que intentemos localizar a la partícula más energía tendrá y más probable será que se escape del sistema en el que intentamos confinarla.

Un punto cuántico es un sistema físico de dimensiones muy reducidas, de modo que una partícula, como un electrón, quede confinada dentro del sistema.

¿Qué interés tienen estos puntos cuánticos?

Nosotros podemos confinar a una partícula como un electrón (o varios electrones) en una región de dimensiones grandes sin dificultad. Por ejemplo los electrones en un metal están confinados. Sin embargo, si las dimensiones son grandes los valores de la energía de nuestro "pozo" son pequeñas y forman un continuo, de modo que no podemos observar efectos cuánticos macroscópicos. Sin embargo, si reducimos las dimensiones del "pozo" podemos tener energías considerables que produzcan efectos cuánticos macroscópicos. Como ejemplo, supongamos que queremos que un electrón confinado emita y absorba energías dentro del espectro visible. El láser rojo, por ejemplo, tiene una longitud de onda de 600nm ¿cuánto tiene que valer a? Si igualamos la energía de un fotón a la energía del estado fundamental del pozo se obtiene que a=0.4266nm, es decir, que si encerramos un electrón en un recinto con dimensiones del nanometro, éste emitirá en el espectro de luz visible. En la siguiente imagen podemos ver una serie de disoluciones. Todas son exactamente iguales: agua en la que se han disuelto partículas de seleniuro de cadmio (CdSe). Lo único que cambia de una disolución a otra es el tamaño de las partículas. Estas partículas se comportan como puntos cuánticos, de modo que el color de la disolución nos indica el tamaño de las partículas ¿Cuáles son más grandes, las de la derecha o las de la izquierda?

Solución.- Las partículas de la disolución de la izquierda son las más pequeñas.

Los puntos cuánticos abren un nuevo camino de aplicaciones de la física cuántica, ya que: permiten el control individual del estado de un electrón, con una distribución de puntos cuánticos adecuada se puede controlar qué ondas se pueden propagar y cuáles no, las distribuciones de puntos cuánticos se podrían utilizar para fabricar amplificadores o filtros de frecuencia muy selectivos, etc.