इलेक्ट्रॉन उत्तेजना: Difference between revisions
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[[इलेक्ट्रॉन]] उत्तेजना एक बाध्य इलेक्ट्रॉन का अधिक ऊर्जावान, किंतु फिर भी बाध्य ऊर्जा अवस्था में स्थानांतरण है। यह [[ photoexcitation |फोटोएक्सिटेशन]] (पीई) द्वारा किया जा सकता है, जहां इलेक्ट्रॉन एक फोटॉन को अवशोषित करता है और अपनी सारी ऊर्जा प्राप्त करता है<ref>{{Cite web |title=स्पेक्ट्रोस्कोपी - परमाणु और प्रकाश|url=http://dept.harpercollege.edu/chemistry/chm/100/dgodambe/thedisk/spec/5back4.htm |access-date=2022-12-08 |website=dept.harpercollege.edu}}</ref> या संपार्श्विक उत्तेजित अवस्था (सीई) द्वारा, जहां इलेक्ट्रॉन दूसरे, ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन के साथ टकराव से ऊर्जा प्राप्त करता है।<ref>{{Cite web |last=Roche |first=Patrick |date=April 26, 2016 |title=C1: Atomic Processes, Appendix A Collisional excitation and de-excitation coefficients |url=http://www-astro.physics.ox.ac.uk/~pfr/C1_TT/Lecture2_AppendixA.pdf |access-date=December 8, 2022 |website=astro.physics.ox.ac.uk/~pfr/C1_TT/Lecture2_AppendixA.pdf}}</ref> सेमीकंडक्टर क्रिस्टल जाली के अन्दर, थर्मल उत्तेजना ऐसी प्रक्रिया है जहां जाली कंपन इलेक्ट्रॉनों को उच्च [[ऊर्जा बैंड]] जैसे अधिक ऊर्जावान सबलेवल या ऊर्जा स्तर पर स्थानांतरित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान करते हैं।<ref>{{Cite journal |last1=Finnis |first1=M. W. |last2=Agnew |first2=P. |last3=Foreman |first3=A. J. E. |date=1991-07-01 |title=ऊर्जावान विस्थापन कैस्केड में इलेक्ट्रॉनों का थर्मल उत्तेजना|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.44.567 |journal=Physical Review B |language=en |volume=44 |issue=2 |pages=567–574 |doi=10.1103/PhysRevB.44.567 |pmid=9999155 |bibcode=1991PhRvB..44..567F |issn=0163-1829}}</ref> जब उत्साहित इलेक्ट्रॉन कम ऊर्जा की स्थिति में वापस आता है, तो यह [[इलेक्ट्रॉन विश्राम]] (डिएक्सिटेशन) से निकलता है।<ref>Sakho, Ibrahima. ''Nuclear Physics 1: Nuclear Deexcitations, Spontaneous Nuclear Reactions''. John Wiley & Sons, 2021.</ref> यह फोटॉन के उत्सर्जन (विकिरणीय छूट/स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन) के साथ या किसी अन्य कण में ऊर्जा के हस्तांतरण के साथ होता है। जारी की गई ऊर्जा इलेक्ट्रॉन ऊर्जा अवस्थाओं के बीच ऊर्जा स्तरों में अंतर के बराबर है।<ref>{{Cite web|url=http://dev.physicslab.org/Document.aspx?doctype=3&filename=AtomicNuclear_Excitation.xml|title=PhysicsLAB: Excitation|website=dev.physicslab.org|access-date=2019-04-07}}</ref> | |||
सामान्यतः, इलेक्ट्रॉनिक स्तरों की विभिन्न प्रकृति और कुछ ठोसों के संरचनात्मक गुणों के कारण, परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों का उत्तेजना ठोस पदार्थों में उत्तेजना से भिन्न होता है।<ref>{{Cite journal |last1=Nozières |first1=Philippe |last2=Pines |first2=David |date=1958-02-01 |title=सॉलिड्स में इलेक्ट्रॉन इंटरेक्शन। सामान्य सूत्रीकरण|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.109.741 |journal=Physical Review |language=en |volume=109 |issue=3 |pages=741–761 |doi=10.1103/PhysRev.109.741 |bibcode=1958PhRv..109..741N |issn=0031-899X}}</ref> इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजन (या विउत्तेजना) कई प्रक्रियाओं द्वारा हो सकता है जैसे: | |||
* अधिक ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों के साथ टकराव ([[बरमा पुनर्संयोजन]], [[प्रभाव आयनीकरण]], ...) | * अधिक ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों के साथ टकराव ([[बरमा पुनर्संयोजन]], [[प्रभाव आयनीकरण]], ...) | ||
* एक फोटॉन का [[अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी]] / उत्सर्जन स्पेक्ट्रम, | * एक फोटॉन का [[अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी]] / उत्सर्जन स्पेक्ट्रम, | ||
* कई फोटॉनों का अवशोषण (तथाकथित मल्टीफ़ोटोन आयनीकरण); जैसे, अर्ध-मोनोक्रोमैटिक [[ लेज़र ]] प्रकाश। | * कई फोटॉनों का अवशोषण (तथाकथित मल्टीफ़ोटोन आयनीकरण); जैसे, अर्ध-मोनोक्रोमैटिक [[ लेज़र |लेज़र]] प्रकाश। | ||
ऐसे कई नियम हैं जो इलेक्ट्रॉन के उत्तेजित अवस्था में संक्रमण को निर्धारित करते हैं, जिन्हें [[चयन नियम]] के रूप में जाना जाता है। सबसे पहले, जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, इलेक्ट्रॉन को उस ऊर्जा स्तर पर पदोन्नत होने के लिए इलेक्ट्रॉन के वर्तमान ऊर्जा स्तर और खाली, उच्च ऊर्जा स्तर के बीच ऊर्जा अंतर के बराबर ऊर्जा की मात्रा को अवशोषित करना चाहिए। अगला नियम | ऐसे कई नियम हैं जो इलेक्ट्रॉन के उत्तेजित अवस्था में संक्रमण को निर्धारित करते हैं, जिन्हें [[चयन नियम]] के रूप में जाना जाता है। सबसे पहले, जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, इलेक्ट्रॉन को उस ऊर्जा स्तर पर पदोन्नत होने के लिए इलेक्ट्रॉन के वर्तमान ऊर्जा स्तर और खाली, उच्च ऊर्जा स्तर के बीच ऊर्जा अंतर के बराबर ऊर्जा की मात्रा को अवशोषित करना चाहिए। अगला नियम फ्रैंक-कोंडन सिद्धांत से आता है, जिसमें कहा गया है कि इलेक्ट्रॉन द्वारा फोटॉन का अवशोषण और ऊर्जा स्तरों में बाद की छलांग निकट-तात्कालिक है। परमाणु नाभिक जिसके साथ इलेक्ट्रॉन जुड़ा हुआ है, इलेक्ट्रॉन के समान समय के पैमाने पर इलेक्ट्रॉन की स्थिति में परिवर्तन को समायोजित नहीं कर सकता है (क्योंकि नाभिक बहुत भारी हैं), और इस प्रकार नाभिक को इलेक्ट्रॉन संक्रमण के जवाब में कंपन ऊर्जा स्थिति में लाया जा सकता है। फिर, नियम यह है कि इलेक्ट्रॉन द्वारा अवशोषित ऊर्जा की मात्रा इलेक्ट्रॉन को कंपन और इलेक्ट्रॉनिक जमीनी अवस्था से कंपन और इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजित अवस्था में बढ़ावा देने की अनुमति दे सकती है। तीसरा नियम लापोर्टे नियम है, जिसके लिए आवश्यक है कि दो ऊर्जा अवस्थाओं के बीच इलेक्ट्रॉन संक्रमण में अलग-अलग समरूपता होनी चाहिए। चौथा नियम यह है कि जब इलेक्ट्रॉन एक संक्रमण से निकलता है, अणु/परमाणु का [[स्पिन (भौतिकी)]] जिसमें इलेक्ट्रॉन होता है संरक्षित होना चाहिए।<ref>{{Cite web |date=2019-04-20 |title=8.2: Rules of Electronic Excitation |url=https://chem.libretexts.org/Ancillary_Materials/Worksheets/Worksheets%3A_Inorganic_Chemistry/Structure_and_Reactivity_in_Organic_Biological_and_Inorganic_Chemistry_(Chem_315)/8%3A_Photochemistry/8.2%3A__Rules_of_Electronic_Excitation |access-date=2022-12-08 |website=Chemistry LibreTexts |language=en}}</ref> | ||
कुछ परिस्थितियों में, कुछ चयन नियमों को तोड़ा जा सकता है और उत्साहित इलेक्ट्रॉन निषिद्ध संक्रमण कर सकते हैं। ऐसे संक्रमणों से जुड़ी वर्णक्रमीय रेखाओं को [[निषिद्ध तंत्र]] के रूप में जाना जाता है। | कुछ परिस्थितियों में, कुछ चयन नियमों को तोड़ा जा सकता है और उत्साहित इलेक्ट्रॉन निषिद्ध संक्रमण कर सकते हैं। ऐसे संक्रमणों से जुड़ी वर्णक्रमीय रेखाओं को [[निषिद्ध तंत्र]] के रूप में जाना जाता है। | ||
== ठोस पदार्थों में इलेक्ट्रॉन उत्तेजना == | == ठोस पदार्थों में इलेक्ट्रॉन उत्तेजना == | ||
=== जमीनी स्तर पर तैयारी === | === जमीनी स्तर पर तैयारी === | ||
ठोस पदार्थों में इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा और संवेग को आवधिक सीमा स्थितियों को लागू करने के साथ श्रोडिंगर समीकरण में बलोच की प्रमेय तरंगों को | ठोस पदार्थों में इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा और संवेग को आवधिक सीमा स्थितियों को लागू करने के साथ श्रोडिंगर समीकरण में बलोच की प्रमेय तरंगों को प्रस्तुत करके वर्णित किया जा सकता है। इस आइगेनवैल्यू समीकरण को हल करने से, ऐसे समाधान के सेट प्राप्त होते हैं जो ऊर्जा के बैंड का वर्णन कर रहे हैं जो इलेक्ट्रॉनों को [[इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना]] की अनुमति देते हैं। बाद वाले पृष्ठ में उन विधियों का सारांश है जो आजकल ठोस क्रिस्टल के गुणों को संतुलित करने के लिए उपलब्ध हैं, अर्थातजब वे प्रकाश से प्रकाशित नहीं होते हैं। | ||
=== प्रकाश द्वारा इलेक्ट्रॉन उत्तेजना: [[पोलरिटोन]] === | === प्रकाश द्वारा इलेक्ट्रॉन उत्तेजना: [[पोलरिटोन]] === | ||
फोटॉनों द्वारा उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार को [[क्वासिपार्टिकल | फोटॉनों द्वारा उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार को "पोलरिटोन" नाम के [[क्वासिपार्टिकल|अर्ध-कण]] द्वारा वर्णित किया जा सकता है।<ref>{{Cite journal |last1=Basov |first1=D. N. |last2=Asenjo-Garcia |first2=Ana |last3=Schuck |first3=P. James |last4=Zhu |first4=Xiaoyang |last5=Rubio |first5=Angel |date=2020-11-11 |title=पोलारिटोन पैनोरमा|url=https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/nanoph-2020-0449/html |journal=Nanophotonics |volume=10 |issue=1 |pages=549–577 |doi=10.1515/nanoph-2020-0449 |bibcode=2020Nanop..10..449B |s2cid=229164559 |issn=2192-8614|doi-access=free }}</ref> शास्त्रीय और [[क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स]] दोनों का उपयोग करते हुए इनका वर्णन करने के लिए कई विधियाँ उपस्थित हैं। विधियों में से एक कपड़े पहने हुए कण की अवधारणा का उपयोग करना है। | ||
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Latest revision as of 08:06, 13 June 2023
इलेक्ट्रॉन उत्तेजना एक बाध्य इलेक्ट्रॉन का अधिक ऊर्जावान, किंतु फिर भी बाध्य ऊर्जा अवस्था में स्थानांतरण है। यह फोटोएक्सिटेशन (पीई) द्वारा किया जा सकता है, जहां इलेक्ट्रॉन एक फोटॉन को अवशोषित करता है और अपनी सारी ऊर्जा प्राप्त करता है[1] या संपार्श्विक उत्तेजित अवस्था (सीई) द्वारा, जहां इलेक्ट्रॉन दूसरे, ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन के साथ टकराव से ऊर्जा प्राप्त करता है।[2] सेमीकंडक्टर क्रिस्टल जाली के अन्दर, थर्मल उत्तेजना ऐसी प्रक्रिया है जहां जाली कंपन इलेक्ट्रॉनों को उच्च ऊर्जा बैंड जैसे अधिक ऊर्जावान सबलेवल या ऊर्जा स्तर पर स्थानांतरित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान करते हैं।[3] जब उत्साहित इलेक्ट्रॉन कम ऊर्जा की स्थिति में वापस आता है, तो यह इलेक्ट्रॉन विश्राम (डिएक्सिटेशन) से निकलता है।[4] यह फोटॉन के उत्सर्जन (विकिरणीय छूट/स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन) के साथ या किसी अन्य कण में ऊर्जा के हस्तांतरण के साथ होता है। जारी की गई ऊर्जा इलेक्ट्रॉन ऊर्जा अवस्थाओं के बीच ऊर्जा स्तरों में अंतर के बराबर है।[5]
सामान्यतः, इलेक्ट्रॉनिक स्तरों की विभिन्न प्रकृति और कुछ ठोसों के संरचनात्मक गुणों के कारण, परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों का उत्तेजना ठोस पदार्थों में उत्तेजना से भिन्न होता है।[6] इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजन (या विउत्तेजना) कई प्रक्रियाओं द्वारा हो सकता है जैसे:
- अधिक ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों के साथ टकराव (बरमा पुनर्संयोजन, प्रभाव आयनीकरण, ...)
- एक फोटॉन का अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी / उत्सर्जन स्पेक्ट्रम,
- कई फोटॉनों का अवशोषण (तथाकथित मल्टीफ़ोटोन आयनीकरण); जैसे, अर्ध-मोनोक्रोमैटिक लेज़र प्रकाश।
ऐसे कई नियम हैं जो इलेक्ट्रॉन के उत्तेजित अवस्था में संक्रमण को निर्धारित करते हैं, जिन्हें चयन नियम के रूप में जाना जाता है। सबसे पहले, जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, इलेक्ट्रॉन को उस ऊर्जा स्तर पर पदोन्नत होने के लिए इलेक्ट्रॉन के वर्तमान ऊर्जा स्तर और खाली, उच्च ऊर्जा स्तर के बीच ऊर्जा अंतर के बराबर ऊर्जा की मात्रा को अवशोषित करना चाहिए। अगला नियम फ्रैंक-कोंडन सिद्धांत से आता है, जिसमें कहा गया है कि इलेक्ट्रॉन द्वारा फोटॉन का अवशोषण और ऊर्जा स्तरों में बाद की छलांग निकट-तात्कालिक है। परमाणु नाभिक जिसके साथ इलेक्ट्रॉन जुड़ा हुआ है, इलेक्ट्रॉन के समान समय के पैमाने पर इलेक्ट्रॉन की स्थिति में परिवर्तन को समायोजित नहीं कर सकता है (क्योंकि नाभिक बहुत भारी हैं), और इस प्रकार नाभिक को इलेक्ट्रॉन संक्रमण के जवाब में कंपन ऊर्जा स्थिति में लाया जा सकता है। फिर, नियम यह है कि इलेक्ट्रॉन द्वारा अवशोषित ऊर्जा की मात्रा इलेक्ट्रॉन को कंपन और इलेक्ट्रॉनिक जमीनी अवस्था से कंपन और इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजित अवस्था में बढ़ावा देने की अनुमति दे सकती है। तीसरा नियम लापोर्टे नियम है, जिसके लिए आवश्यक है कि दो ऊर्जा अवस्थाओं के बीच इलेक्ट्रॉन संक्रमण में अलग-अलग समरूपता होनी चाहिए। चौथा नियम यह है कि जब इलेक्ट्रॉन एक संक्रमण से निकलता है, अणु/परमाणु का स्पिन (भौतिकी) जिसमें इलेक्ट्रॉन होता है संरक्षित होना चाहिए।[7]
कुछ परिस्थितियों में, कुछ चयन नियमों को तोड़ा जा सकता है और उत्साहित इलेक्ट्रॉन निषिद्ध संक्रमण कर सकते हैं। ऐसे संक्रमणों से जुड़ी वर्णक्रमीय रेखाओं को निषिद्ध तंत्र के रूप में जाना जाता है।
ठोस पदार्थों में इलेक्ट्रॉन उत्तेजना
जमीनी स्तर पर तैयारी
ठोस पदार्थों में इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा और संवेग को आवधिक सीमा स्थितियों को लागू करने के साथ श्रोडिंगर समीकरण में बलोच की प्रमेय तरंगों को प्रस्तुत करके वर्णित किया जा सकता है। इस आइगेनवैल्यू समीकरण को हल करने से, ऐसे समाधान के सेट प्राप्त होते हैं जो ऊर्जा के बैंड का वर्णन कर रहे हैं जो इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना की अनुमति देते हैं। बाद वाले पृष्ठ में उन विधियों का सारांश है जो आजकल ठोस क्रिस्टल के गुणों को संतुलित करने के लिए उपलब्ध हैं, अर्थातजब वे प्रकाश से प्रकाशित नहीं होते हैं।
प्रकाश द्वारा इलेक्ट्रॉन उत्तेजना: पोलरिटोन
फोटॉनों द्वारा उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार को "पोलरिटोन" नाम के अर्ध-कण द्वारा वर्णित किया जा सकता है।[8] शास्त्रीय और क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स दोनों का उपयोग करते हुए इनका वर्णन करने के लिए कई विधियाँ उपस्थित हैं। विधियों में से एक कपड़े पहने हुए कण की अवधारणा का उपयोग करना है।
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ "स्पेक्ट्रोस्कोपी - परमाणु और प्रकाश". dept.harpercollege.edu. Retrieved 2022-12-08.
- ↑ Roche, Patrick (April 26, 2016). "C1: Atomic Processes, Appendix A Collisional excitation and de-excitation coefficients" (PDF). astro.physics.ox.ac.uk/~pfr/C1_TT/Lecture2_AppendixA.pdf. Retrieved December 8, 2022.
- ↑ Finnis, M. W.; Agnew, P.; Foreman, A. J. E. (1991-07-01). "ऊर्जावान विस्थापन कैस्केड में इलेक्ट्रॉनों का थर्मल उत्तेजना". Physical Review B (in English). 44 (2): 567–574. Bibcode:1991PhRvB..44..567F. doi:10.1103/PhysRevB.44.567. ISSN 0163-1829. PMID 9999155.
- ↑ Sakho, Ibrahima. Nuclear Physics 1: Nuclear Deexcitations, Spontaneous Nuclear Reactions. John Wiley & Sons, 2021.
- ↑ "PhysicsLAB: Excitation". dev.physicslab.org. Retrieved 2019-04-07.
- ↑ Nozières, Philippe; Pines, David (1958-02-01). "सॉलिड्स में इलेक्ट्रॉन इंटरेक्शन। सामान्य सूत्रीकरण". Physical Review (in English). 109 (3): 741–761. Bibcode:1958PhRv..109..741N. doi:10.1103/PhysRev.109.741. ISSN 0031-899X.
- ↑ "8.2: Rules of Electronic Excitation". Chemistry LibreTexts (in English). 2019-04-20. Retrieved 2022-12-08.
- ↑ Basov, D. N.; Asenjo-Garcia, Ana; Schuck, P. James; Zhu, Xiaoyang; Rubio, Angel (2020-11-11). "पोलारिटोन पैनोरमा". Nanophotonics. 10 (1): 549–577. Bibcode:2020Nanop..10..449B. doi:10.1515/nanoph-2020-0449. ISSN 2192-8614. S2CID 229164559.
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