मेसोस्कोपिक भौतिकी: Difference between revisions

From Vigyanwiki
(Created page with "{{short description|Subdiscipline of condensed matter physics that deals with materials of an intermediate size}} {{About|the sub-discipline of condensed matter physics|the br...")
 
No edit summary
Line 3: Line 3:
{{Condensed matter physics}}
{{Condensed matter physics}}


मेसोस्कोपिक भौतिकी [[संघनित पदार्थ भौतिकी]] का एक उपविषय है जो एक मध्यवर्ती आकार की सामग्री से संबंधित है। ये सामग्री परमाणुओं की मात्रा (जैसे [[अणु]]) और माइक्रोमीटर मापने वाली सामग्री के लिए [[नैनोस्कोपिक स्केल]] के बीच आकार में होती है।<ref>{{Cite journal|last1=MULLER|first1=M|last2=KATSOV|first2=K|last3=SCHICK|first3=M|date=November 2006|title=Biological and synthetic membranes: What can be learned from a coarse-grained description?|url=http://dx.doi.org/10.1016/j.physrep.2006.08.003|journal=Physics Reports|volume=434|issue=5–6|pages=113–176|doi=10.1016/j.physrep.2006.08.003|issn=0370-1573|arxiv=cond-mat/0609295|bibcode=2006PhR...434..113M|s2cid=16012275}}</ref> निचली सीमा को व्यक्तिगत परमाणुओं के आकार के रूप में भी परिभाषित किया जा सकता है। माइक्रोमीटर स्तर पर थोक सामग्री होती है। मेसोस्कोपिक और मैक्रोस्कोपिक दोनों वस्तुओं में कई परमाणु होते हैं। जबकि घटक सामग्री से प्राप्त औसत गुण [[स्थूल]] वस्तुओं का वर्णन करते हैं, क्योंकि वे आमतौर पर [[शास्त्रीय यांत्रिकी]] के नियमों का पालन करते हैं, एक मेसोस्कोपिक वस्तु, इसके विपरीत, औसत के आसपास थर्मल उतार-चढ़ाव से प्रभावित होती है, और इसके इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार को [[क्वांटम यांत्रिकी]] के स्तर पर मॉडलिंग की आवश्यकता हो सकती है। .<ref name=Meso-1>Sci-Tech Dictionary. McGraw-Hill Dictionary of Scientific and Technical Terms. 2003. McGraw-Hill Companies, Inc</ref><ref name=Meso-2/>
मेसोस्कोपिक भौतिकी [[संघनित पदार्थ भौतिकी]] का उपविषय है जो मध्यवर्ती आकार की सामग्री से संबंधित है। ये सामग्री परमाणुओं की मात्रा (जैसे [[अणु]]) और माइक्रोमीटर मापने वाली सामग्री के लिए [[नैनोस्कोपिक स्केल]] के बीच आकार में होती है।<ref>{{Cite journal|last1=MULLER|first1=M|last2=KATSOV|first2=K|last3=SCHICK|first3=M|date=November 2006|title=Biological and synthetic membranes: What can be learned from a coarse-grained description?|url=http://dx.doi.org/10.1016/j.physrep.2006.08.003|journal=Physics Reports|volume=434|issue=5–6|pages=113–176|doi=10.1016/j.physrep.2006.08.003|issn=0370-1573|arxiv=cond-mat/0609295|bibcode=2006PhR...434..113M|s2cid=16012275}}</ref> निचली सीमा को व्यक्तिगत परमाणुओं के आकार के रूप में भी परिभाषित किया जा सकता है। माइक्रोमीटर स्तर पर थोक सामग्री होती है। मेसोस्कोपिक और मैक्रोस्कोपिक दोनों वस्तुओं में कई परमाणु होते हैं। जबकि घटक सामग्री से प्राप्त औसत गुण [[स्थूल]] वस्तुओं का वर्णन करते हैं, क्योंकि वे आमतौर पर [[शास्त्रीय यांत्रिकी]] के नियमों का पालन करते हैं, मेसोस्कोपिक वस्तु, इसके विपरीत, औसत के आसपास थर्मल उतार-चढ़ाव से प्रभावित होती है, और इसके इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार को [[क्वांटम यांत्रिकी]] के स्तर पर मॉडलिंग की आवश्यकता हो सकती है। .<ref name=Meso-1>Sci-Tech Dictionary. McGraw-Hill Dictionary of Scientific and Technical Terms. 2003. McGraw-Hill Companies, Inc</ref><ref name=Meso-2/>


एक मैक्रोस्कोपिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण, जब एक मेसो-आकार में घटाया जाता है, क्वांटम यांत्रिक गुणों को प्रकट करना शुरू कर देता है। उदाहरण के लिए, मैक्रोस्कोपिक स्तर पर एक तार का विद्युत चालकता उसके व्यास के साथ लगातार बढ़ता है। हालांकि, मेसोस्कोपिक स्तर पर, तार की चालकता [[परिमाणीकरण (भौतिकी)]] है: वृद्धि असतत, या व्यक्तिगत, पूरे चरणों में होती है। अनुसंधान के दौरान, [[ इन्सुलेटर (विद्युत) ]], सेमीकंडक्टर्स, मेटल्स और [[सुपरकंडक्टर]]्स की भौतिकी को समझने के लिए मेसोस्कोपिक उपकरणों का निर्माण, मापन और [[प्रयोग]]ात्मक और [[सैद्धांतिक]] रूप से निरीक्षण किया जाता है। मेसोस्कोपिक भौतिकी का अनुप्रयुक्त विज्ञान नैनो उपकरणों के निर्माण की क्षमता से संबंधित है।
एक मैक्रोस्कोपिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण, जब मेसो-आकार में घटाया जाता है, क्वांटम यांत्रिक गुणों को प्रकट करना शुरू कर देता है। उदाहरण के लिए, मैक्रोस्कोपिक स्तर पर तार का विद्युत चालकता उसके व्यास के साथ लगातार बढ़ता है। हालांकि, मेसोस्कोपिक स्तर पर, तार की चालकता [[परिमाणीकरण (भौतिकी)]] है: वृद्धि असतत, या व्यक्तिगत, पूरे चरणों में होती है। अनुसंधान के दौरान, [[ इन्सुलेटर (विद्युत) ]], सेमीकंडक्टर्स, मेटल्स और [[सुपरकंडक्टर]]्स की भौतिकी को समझने के लिए मेसोस्कोपिक उपकरणों का निर्माण, मापन और [[प्रयोग]]ात्मक और [[सैद्धांतिक]] रूप से निरीक्षण किया जाता है। मेसोस्कोपिक भौतिकी का अनुप्रयुक्त विज्ञान नैनो उपकरणों के निर्माण की क्षमता से संबंधित है।
 
मेसोस्कोपिक भौतिकी मूलभूत व्यावहारिक समस्याओं को भी संबोधित करती है जो तब होती हैं जब मैक्रोस्कोपिक वस्तु को छोटा किया जाता है, जैसा कि सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रॉनिक्स में [[ट्रांजिस्टर]] के लघुकरण के साथ होता है। सामग्री के यांत्रिक, रासायनिक और इलेक्ट्रॉनिक गुणों में परिवर्तन होता है क्योंकि उनका आकार नैनोस्कोपिक पैमाने पर पहुंचता है, जहां सामग्री की सतह पर परमाणुओं का प्रतिशत महत्वपूर्ण हो जाता है। एक माइक्रोमीटर से बड़ी थोक सामग्री के लिए, संपूर्ण सामग्री में परमाणुओं की संख्या के संबंध में सतह पर परमाणुओं का प्रतिशत नगण्य है। उप-अनुशासन ने मुख्य रूप से [[धातु]] या [[अर्धचालक]] सामग्री की कृत्रिम संरचनाओं से निपटा है जो कि [[ microelectronics ]] सर्किट के उत्पादन के लिए नियोजित तकनीकों द्वारा गढ़े गए हैं।<ref name=Meso-1/><ref name=Meso-2/>
 
मेसोस्कोपिक भौतिकी के लिए कोई कठोर परिभाषा नहीं है, लेकिन अध्ययन की गई प्रणालियां सामान्य रूप से 100 एनएम (एक विशिष्ट [[ वाइरस ]] का आकार) से 1 000 एनएम (एक विशिष्ट जीवाणु का आकार) की सीमा में होती हैं: 100 [[[[नैनो]]]]मीटर एक के लिए अनुमानित ऊपरी सीमा है नैनोकण। इस प्रकार, मेसोस्कोपिक भौतिकी का नैनोफैब्रिकेशन और नैनोटेक्नोलॉजी के क्षेत्रों से घनिष्ठ संबंध है। नैनोटेक्नोलॉजी में प्रयुक्त उपकरण मेसोस्कोपिक सिस्टम के उदाहरण हैं। ऐसी प्रणालियों में नई इलेक्ट्रॉनिक घटनाओं की तीन श्रेणियां हस्तक्षेप प्रभाव, क्वांटम कारावास प्रभाव और चार्जिंग प्रभाव हैं।<ref name=Meso-1/><ref name=Meso-2>"Mesoscopic physics." McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology. The McGraw-Hill Companies, Inc., 2005. Answers.com 25 Jan 2010. http://www.answers.com/topic/mesoscopic-physics-1</ref>


मेसोस्कोपिक भौतिकी मूलभूत व्यावहारिक समस्याओं को भी संबोधित करती है जो तब होती हैं जब मैक्रोस्कोपिक वस्तु को छोटा किया जाता है, जैसा कि सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रॉनिक्स में [[ट्रांजिस्टर]] के लघुकरण के साथ होता है। सामग्री के यांत्रिक, रासायनिक और इलेक्ट्रॉनिक गुणों में परिवर्तन होता है क्योंकि उनका आकार नैनोस्कोपिक पैमाने पर पहुंचता है, जहां सामग्री की सतह पर परमाणुओं का प्रतिशत महत्वपूर्ण हो जाता है। माइक्रोमीटर से बड़ी थोक सामग्री के लिए, संपूर्ण सामग्री में परमाणुओं की संख्या के संबंध में सतह पर परमाणुओं का प्रतिशत नगण्य है। उप-अनुशासन ने मुख्य रूप से [[धातु]] या [[अर्धचालक]] सामग्री की कृत्रिम संरचनाओं से निपटा है जो कि [[ microelectronics ]] सर्किट के उत्पादन के लिए नियोजित तकनीकों द्वारा गढ़े गए हैं।<ref name=Meso-1/><ref name=Meso-2/>


मेसोस्कोपिक भौतिकी के लिए कोई कठोर परिभाषा नहीं है, लेकिन अध्ययन की गई प्रणालियां सामान्य रूप से 100 एनएम (एक विशिष्ट [[ वाइरस ]] का आकार) से 1 000 एनएम (एक विशिष्ट जीवाणु का आकार) की सीमा में होती हैं: 100 [[[[नैनो]]]]मीटर के लिए अनुमानित ऊपरी सीमा है नैनोकण। इस प्रकार, मेसोस्कोपिक भौतिकी का नैनोफैब्रिकेशन और नैनोटेक्नोलॉजी के क्षेत्रों से घनिष्ठ संबंध है। नैनोटेक्नोलॉजी में प्रयुक्त उपकरण मेसोस्कोपिक सिस्टम के उदाहरण हैं। ऐसी प्रणालियों में नई इलेक्ट्रॉनिक घटनाओं की तीन श्रेणियां हस्तक्षेप प्रभाव, क्वांटम कारावास प्रभाव और चार्जिंग प्रभाव हैं।<ref name=Meso-1/><ref name=Meso-2>"Mesoscopic physics." McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology. The McGraw-Hill Companies, Inc., 2005. Answers.com 25 Jan 2010. http://www.answers.com/topic/mesoscopic-physics-1</ref>
== क्वांटम कारावास प्रभाव ==
== क्वांटम कारावास प्रभाव ==
क्वांटम कारावास प्रभाव ऊर्जा के स्तर, संभावित कुओं, [[संयोजी बंध]], [[चालन बैंड]] और [[इलेक्ट्रॉन]] ऊर्जा बैंड अंतराल के संदर्भ में इलेक्ट्रॉनों का वर्णन करता है।
क्वांटम कारावास प्रभाव ऊर्जा के स्तर, संभावित कुओं, [[संयोजी बंध]], [[चालन बैंड]] और [[इलेक्ट्रॉन]] ऊर्जा बैंड अंतराल के संदर्भ में इलेक्ट्रॉनों का वर्णन करता है।


बल्क [[ ढांकता हुआ ]] सामग्री (10 एनएम से बड़े) में इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा बैंड या इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तरों द्वारा वर्णित किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन विभिन्न ऊर्जा स्तरों या बैंडों पर मौजूद होते हैं। थोक सामग्रियों में इन ऊर्जा स्तरों को निरंतर वर्णित किया जाता है क्योंकि ऊर्जा में अंतर नगण्य होता है। जैसा कि इलेक्ट्रॉन विभिन्न ऊर्जा स्तरों पर स्थिर होते हैं, अधिकांश वर्जित ऊर्जा स्तर के नीचे वैलेंस बैंड में कंपन करते हैं, जिसे [[ऊर्जा अंतराल]] कहा जाता है। यह क्षेत्र एक ऊर्जा श्रेणी है जिसमें कोई इलेक्ट्रॉन राज्य मौजूद नहीं है। एक छोटी मात्रा में वर्जित अंतर के ऊपर ऊर्जा का स्तर होता है, और यह चालन बैंड है।
बल्क [[ ढांकता हुआ ]] सामग्री (10 एनएम से बड़े) में इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा बैंड या इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तरों द्वारा वर्णित किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन विभिन्न ऊर्जा स्तरों या बैंडों पर मौजूद होते हैं। थोक सामग्रियों में इन ऊर्जा स्तरों को निरंतर वर्णित किया जाता है क्योंकि ऊर्जा में अंतर नगण्य होता है। जैसा कि इलेक्ट्रॉन विभिन्न ऊर्जा स्तरों पर स्थिर होते हैं, अधिकांश वर्जित ऊर्जा स्तर के नीचे वैलेंस बैंड में कंपन करते हैं, जिसे [[ऊर्जा अंतराल]] कहा जाता है। यह क्षेत्र ऊर्जा श्रेणी है जिसमें कोई इलेक्ट्रॉन राज्य मौजूद नहीं है। एक छोटी मात्रा में वर्जित अंतर के ऊपर ऊर्जा का स्तर होता है, और यह चालन बैंड है।


कण का व्यास इलेक्ट्रॉन के तरंग समारोह के [[तरंग दैर्ध्य]] के समान परिमाण के एक बार होने पर क्वांटम कारावास प्रभाव देखा जा सकता है।<ref>{{Cite book|title=Quantum confinement VI : nanostructured materials and devices : proceedings of the international symposium|last=Cahay|first=M|publisher=Electrochemical Society|others=Cahay, M., Electrochemical Society.|year=2001|isbn=978-1566773522|location=Pennington, N.J.|oclc=49051457}}</ref> जब सामग्रियां इतनी छोटी होती हैं, तो उनके इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल गुण थोक सामग्रियों से काफी हद तक विचलित हो जाते हैं।<ref>{{Cite book|title=अर्धचालकों के ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक गुणों का क्वांटम सिद्धांत|last1=Hartmut|first1=Haug|last2=Koch|first2=Stephan W.|date=1994|publisher=World Scientific|isbn=978-9810220020|edition= 3rd|location=Singapore|oclc=32264947}}</ref>
कण का व्यास इलेक्ट्रॉन के तरंग समारोह के [[तरंग दैर्ध्य]] के समान परिमाण के एक बार होने पर क्वांटम कारावास प्रभाव देखा जा सकता है।<ref>{{Cite book|title=Quantum confinement VI : nanostructured materials and devices : proceedings of the international symposium|last=Cahay|first=M|publisher=Electrochemical Society|others=Cahay, M., Electrochemical Society.|year=2001|isbn=978-1566773522|location=Pennington, N.J.|oclc=49051457}}</ref> जब सामग्रियां इतनी छोटी होती हैं, तो उनके इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल गुण थोक सामग्रियों से काफी हद तक विचलित हो जाते हैं।<ref>{{Cite book|title=अर्धचालकों के ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक गुणों का क्वांटम सिद्धांत|last1=Hartmut|first1=Haug|last2=Koch|first2=Stephan W.|date=1994|publisher=World Scientific|isbn=978-9810220020|edition= 3rd|location=Singapore|oclc=32264947}}</ref>
जैसा कि सामग्री को नैनो-स्केल की ओर छोटा किया जाता है, सीमित आयाम स्वाभाविक रूप से कम हो जाता है। विशेषताएँ अब थोक द्वारा औसत नहीं हैं, और इसलिए निरंतर हैं, लेकिन क्वांटा के स्तर पर हैं और इस प्रकार असतत हैं। दूसरे शब्दों में, ऊर्जा [[स्पेक्ट्रम]] असतत हो जाता है, जिसे क्वांटा के रूप में मापा जाता है, थोक सामग्री के रूप में निरंतर होने के बजाय। नतीजतन, [[ ऊर्जा अंतराल ]] खुद पर जोर देता है: ऊर्जा स्तरों के बीच एक छोटा और सीमित अलगाव होता है। असतत ऊर्जा स्तरों की इस स्थिति को क्वांटम कारावास कहा जाता है।
जैसा कि सामग्री को नैनो-स्केल की ओर छोटा किया जाता है, सीमित आयाम स्वाभाविक रूप से कम हो जाता है। विशेषताएँ अब थोक द्वारा औसत नहीं हैं, और इसलिए निरंतर हैं, लेकिन क्वांटा के स्तर पर हैं और इस प्रकार असतत हैं। दूसरे शब्दों में, ऊर्जा [[स्पेक्ट्रम]] असतत हो जाता है, जिसे क्वांटा के रूप में मापा जाता है, थोक सामग्री के रूप में निरंतर होने के बजाय। नतीजतन, [[ ऊर्जा अंतराल ]] खुद पर जोर देता है: ऊर्जा स्तरों के बीच छोटा और सीमित अलगाव होता है। असतत ऊर्जा स्तरों की इस स्थिति को क्वांटम कारावास कहा जाता है।


इसके अलावा, क्वांटम कारावास प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों के अलग-अलग द्वीप होते हैं जो दो अलग-अलग अर्धचालक पदार्थों के बीच प्रतिरूपित इंटरफ़ेस पर बन सकते हैं। इलेक्ट्रॉन आमतौर पर डिस्क के आकार के क्षेत्रों तक ही सीमित होते हैं जिन्हें [[क्वांटम डॉट्स]] कहा जाता है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, इन प्रणालियों में इलेक्ट्रॉनों की सीमा विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ उनकी बातचीत को महत्वपूर्ण रूप से बदल देती है।<ref name=Qdots/><ref>{{cite journal |author=Sánchez D, Büttiker M |title=नॉनलाइनियर मेसोस्कोपिक ट्रांसपोर्ट का चुंबकीय-क्षेत्र विषमता|journal=Phys. Rev. Lett. |volume=93 |issue=10 |pages=106802 |year=2004 |pmid=15447435 |doi=10.1103/PhysRevLett.93.106802 |bibcode=2004PhRvL..93j6802S|arxiv = cond-mat/0404387 |s2cid=11686506 }}</ref>
इसके अलावा, क्वांटम कारावास प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों के अलग-अलग द्वीप होते हैं जो दो अलग-अलग अर्धचालक पदार्थों के बीच प्रतिरूपित इंटरफ़ेस पर बन सकते हैं। इलेक्ट्रॉन आमतौर पर डिस्क के आकार के क्षेत्रों तक ही सीमित होते हैं जिन्हें [[क्वांटम डॉट्स]] कहा जाता है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, इन प्रणालियों में इलेक्ट्रॉनों की सीमा विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ उनकी बातचीत को महत्वपूर्ण रूप से बदल देती है।<ref name=Qdots/><ref>{{cite journal |author=Sánchez D, Büttiker M |title=नॉनलाइनियर मेसोस्कोपिक ट्रांसपोर्ट का चुंबकीय-क्षेत्र विषमता|journal=Phys. Rev. Lett. |volume=93 |issue=10 |pages=106802 |year=2004 |pmid=15447435 |doi=10.1103/PhysRevLett.93.106802 |bibcode=2004PhRvL..93j6802S|arxiv = cond-mat/0404387 |s2cid=11686506 }}</ref>
क्योंकि क्वांटम डॉट्स के इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तर निरंतर के बजाय असतत होते हैं, क्वांटम डॉट में केवल कुछ परमाणुओं के जोड़ या घटाव से बैंडगैप की सीमाओं को बदलने का प्रभाव पड़ता है। क्वांटम डॉट की सतह की ज्यामिति को बदलने से बैंडगैप ऊर्जा भी बदल जाती है, जो फिर से डॉट के छोटे आकार और क्वांटम कारावास के प्रभावों के कारण होती है।<ref name=Qdots>[http://www.evidenttech.com/quantum-dots-explained/how-quantum-dots-work.html Quantum dots] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100201142348/http://www.evidenttech.com/quantum-dots-explained/how-quantum-dots-work.html |date=2010-02-01 }}. 2008 Evident Technologies, Inc.</ref>
क्योंकि क्वांटम डॉट्स के इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तर निरंतर के बजाय असतत होते हैं, क्वांटम डॉट में केवल कुछ परमाणुओं के जोड़ या घटाव से बैंडगैप की सीमाओं को बदलने का प्रभाव पड़ता है। क्वांटम डॉट की सतह की ज्यामिति को बदलने से बैंडगैप ऊर्जा भी बदल जाती है, जो फिर से डॉट के छोटे आकार और क्वांटम कारावास के प्रभावों के कारण होती है।<ref name=Qdots>[http://www.evidenttech.com/quantum-dots-explained/how-quantum-dots-work.html Quantum dots] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100201142348/http://www.evidenttech.com/quantum-dots-explained/how-quantum-dots-work.html |date=2010-02-01 }}. 2008 Evident Technologies, Inc.</ref>
== हस्तक्षेप प्रभाव ==
== हस्तक्षेप प्रभाव ==
मेसोस्कोपिक शासन में, दोषों से बिखरना - जैसे कि अशुद्धियाँ - हस्तक्षेप प्रभाव उत्पन्न करता है जो इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित करता है। मेसोस्कोपिक हस्तक्षेप प्रभाव का प्रायोगिक हस्ताक्षर भौतिक मात्रा में प्रजनन योग्य उतार-चढ़ाव की उपस्थिति है। उदाहरण के लिए, प्रायोगिक मापदंडों में उतार-चढ़ाव के कार्य के रूप में दिए गए नमूने का संचालन स्पष्ट रूप से यादृच्छिक तरीके से होता है। हालाँकि, यदि प्रायोगिक मापदंडों को उनके मूल मूल्यों पर वापस चक्रित किया जाता है, तो उसी पैटर्न को वापस लिया जा सकता है; वास्तव में, देखे गए पैटर्न दिनों की अवधि में पुनरुत्पादित होते हैं। इन्हें सार्वभौमिक चालन उतार-चढ़ाव के रूप में जाना जाता है।
मेसोस्कोपिक शासन में, दोषों से बिखरना - जैसे कि अशुद्धियाँ - हस्तक्षेप प्रभाव उत्पन्न करता है जो इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित करता है। मेसोस्कोपिक हस्तक्षेप प्रभाव का प्रायोगिक हस्ताक्षर भौतिक मात्रा में प्रजनन योग्य उतार-चढ़ाव की उपस्थिति है। उदाहरण के लिए, प्रायोगिक मापदंडों में उतार-चढ़ाव के कार्य के रूप में दिए गए नमूने का संचालन स्पष्ट रूप से यादृच्छिक तरीके से होता है। हालाँकि, यदि प्रायोगिक मापदंडों को उनके मूल मूल्यों पर वापस चक्रित किया जाता है, तो उसी पैटर्न को वापस लिया जा सकता है; वास्तव में, देखे गए पैटर्न दिनों की अवधि में पुनरुत्पादित होते हैं। इन्हें सार्वभौमिक चालन उतार-चढ़ाव के रूप में जाना जाता है।
Line 33: Line 29:
   | date =2008-06-22| doi = 10.1038/nphoton.2008.128| issue=7|display-authors=etal| citeseerx =10.1.1.712.8451}}</ref><ref name=Mesoscopic-dynamics>
   | date =2008-06-22| doi = 10.1038/nphoton.2008.128| issue=7|display-authors=etal| citeseerx =10.1.1.712.8451}}</ref><ref name=Mesoscopic-dynamics>
{{Cite news |title = Study gains images at ultra-fast timescale  |url=http://www.fofweb.com/Science/default.asp?ItemID=WE40 |format=The research appears in the online edition of the journal Nature Photonics |pages=01| publisher =United Press International | date =2008-06-25| work= Science Online. Facts On File, Inc | access-date =2010-01-25 }}</ref>
{{Cite news |title = Study gains images at ultra-fast timescale  |url=http://www.fofweb.com/Science/default.asp?ItemID=WE40 |format=The research appears in the online edition of the journal Nature Photonics |pages=01| publisher =United Press International | date =2008-06-25| work= Science Online. Facts On File, Inc | access-date =2010-01-25 }}</ref>
== संबंधित ==
== संबंधित ==
{{Div col}}
{{Div col}}
Line 56: Line 50:
==संदर्भ==
==संदर्भ==
{{Reflist}}
{{Reflist}}
== बाहरी संबंध ==
== बाहरी संबंध ==
* {{Cite web|url=https://www.lorentz.leidenuniv.nl/beenakkr/mesoscopics/topics/chaos/frontiers.pdf|title=Chaos in Quantum Billiards|last=Beenakker|first=Carlo|author-link=Carlo Beenakker|date=1995|website=[[Universiteit Leiden]]|access-date=14 June 2018}}
* {{Cite web|url=https://www.lorentz.leidenuniv.nl/beenakkr/mesoscopics/topics/chaos/frontiers.pdf|title=Chaos in Quantum Billiards|last=Beenakker|first=Carlo|author-link=Carlo Beenakker|date=1995|website=[[Universiteit Leiden]]|access-date=14 June 2018}}

Revision as of 13:25, 23 April 2023

This article is about the sub-discipline of condensed matter physics. For the branch of meteorology, see mesoscale meteorology.
संघनित पदार्थ भौतिकी
QuantumPhaseTransition.svg
मामले की स्थिति
चरण -घटना
इलेक्ट्रॉनिक चरण
इलेक्ट्रॉनिक घटना
क्वांटम हॉल प्रभाव
चुंबकीय चरण
Quasiparticle
नरम बात
वैज्ञानिक

मेसोस्कोपिक भौतिकी संघनित पदार्थ भौतिकी का उपविषय है जो मध्यवर्ती आकार की सामग्री से संबंधित है। ये सामग्री परमाणुओं की मात्रा (जैसे अणु) और माइक्रोमीटर मापने वाली सामग्री के लिए नैनोस्कोपिक स्केल के बीच आकार में होती है।[1] निचली सीमा को व्यक्तिगत परमाणुओं के आकार के रूप में भी परिभाषित किया जा सकता है। माइक्रोमीटर स्तर पर थोक सामग्री होती है। मेसोस्कोपिक और मैक्रोस्कोपिक दोनों वस्तुओं में कई परमाणु होते हैं। जबकि घटक सामग्री से प्राप्त औसत गुण स्थूल वस्तुओं का वर्णन करते हैं, क्योंकि वे आमतौर पर शास्त्रीय यांत्रिकी के नियमों का पालन करते हैं, मेसोस्कोपिक वस्तु, इसके विपरीत, औसत के आसपास थर्मल उतार-चढ़ाव से प्रभावित होती है, और इसके इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार को क्वांटम यांत्रिकी के स्तर पर मॉडलिंग की आवश्यकता हो सकती है। .[2][3]

एक मैक्रोस्कोपिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण, जब मेसो-आकार में घटाया जाता है, क्वांटम यांत्रिक गुणों को प्रकट करना शुरू कर देता है। उदाहरण के लिए, मैक्रोस्कोपिक स्तर पर तार का विद्युत चालकता उसके व्यास के साथ लगातार बढ़ता है। हालांकि, मेसोस्कोपिक स्तर पर, तार की चालकता परिमाणीकरण (भौतिकी) है: वृद्धि असतत, या व्यक्तिगत, पूरे चरणों में होती है। अनुसंधान के दौरान, इन्सुलेटर (विद्युत) , सेमीकंडक्टर्स, मेटल्स और सुपरकंडक्टर्स की भौतिकी को समझने के लिए मेसोस्कोपिक उपकरणों का निर्माण, मापन और प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक रूप से निरीक्षण किया जाता है। मेसोस्कोपिक भौतिकी का अनुप्रयुक्त विज्ञान नैनो उपकरणों के निर्माण की क्षमता से संबंधित है।

मेसोस्कोपिक भौतिकी मूलभूत व्यावहारिक समस्याओं को भी संबोधित करती है जो तब होती हैं जब मैक्रोस्कोपिक वस्तु को छोटा किया जाता है, जैसा कि सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रॉनिक्स में ट्रांजिस्टर के लघुकरण के साथ होता है। सामग्री के यांत्रिक, रासायनिक और इलेक्ट्रॉनिक गुणों में परिवर्तन होता है क्योंकि उनका आकार नैनोस्कोपिक पैमाने पर पहुंचता है, जहां सामग्री की सतह पर परमाणुओं का प्रतिशत महत्वपूर्ण हो जाता है। माइक्रोमीटर से बड़ी थोक सामग्री के लिए, संपूर्ण सामग्री में परमाणुओं की संख्या के संबंध में सतह पर परमाणुओं का प्रतिशत नगण्य है। उप-अनुशासन ने मुख्य रूप से धातु या अर्धचालक सामग्री की कृत्रिम संरचनाओं से निपटा है जो कि microelectronics सर्किट के उत्पादन के लिए नियोजित तकनीकों द्वारा गढ़े गए हैं।[2][3]

मेसोस्कोपिक भौतिकी के लिए कोई कठोर परिभाषा नहीं है, लेकिन अध्ययन की गई प्रणालियां सामान्य रूप से 100 एनएम (एक विशिष्ट वाइरस का आकार) से 1 000 एनएम (एक विशिष्ट जीवाणु का आकार) की सीमा में होती हैं: 100 [[नैनो]]मीटर के लिए अनुमानित ऊपरी सीमा है नैनोकण। इस प्रकार, मेसोस्कोपिक भौतिकी का नैनोफैब्रिकेशन और नैनोटेक्नोलॉजी के क्षेत्रों से घनिष्ठ संबंध है। नैनोटेक्नोलॉजी में प्रयुक्त उपकरण मेसोस्कोपिक सिस्टम के उदाहरण हैं। ऐसी प्रणालियों में नई इलेक्ट्रॉनिक घटनाओं की तीन श्रेणियां हस्तक्षेप प्रभाव, क्वांटम कारावास प्रभाव और चार्जिंग प्रभाव हैं।[2][3]

क्वांटम कारावास प्रभाव

क्वांटम कारावास प्रभाव ऊर्जा के स्तर, संभावित कुओं, संयोजी बंध, चालन बैंड और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा बैंड अंतराल के संदर्भ में इलेक्ट्रॉनों का वर्णन करता है।

बल्क ढांकता हुआ सामग्री (10 एनएम से बड़े) में इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा बैंड या इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तरों द्वारा वर्णित किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन विभिन्न ऊर्जा स्तरों या बैंडों पर मौजूद होते हैं। थोक सामग्रियों में इन ऊर्जा स्तरों को निरंतर वर्णित किया जाता है क्योंकि ऊर्जा में अंतर नगण्य होता है। जैसा कि इलेक्ट्रॉन विभिन्न ऊर्जा स्तरों पर स्थिर होते हैं, अधिकांश वर्जित ऊर्जा स्तर के नीचे वैलेंस बैंड में कंपन करते हैं, जिसे ऊर्जा अंतराल कहा जाता है। यह क्षेत्र ऊर्जा श्रेणी है जिसमें कोई इलेक्ट्रॉन राज्य मौजूद नहीं है। एक छोटी मात्रा में वर्जित अंतर के ऊपर ऊर्जा का स्तर होता है, और यह चालन बैंड है।

कण का व्यास इलेक्ट्रॉन के तरंग समारोह के तरंग दैर्ध्य के समान परिमाण के एक बार होने पर क्वांटम कारावास प्रभाव देखा जा सकता है।[4] जब सामग्रियां इतनी छोटी होती हैं, तो उनके इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल गुण थोक सामग्रियों से काफी हद तक विचलित हो जाते हैं।[5] जैसा कि सामग्री को नैनो-स्केल की ओर छोटा किया जाता है, सीमित आयाम स्वाभाविक रूप से कम हो जाता है। विशेषताएँ अब थोक द्वारा औसत नहीं हैं, और इसलिए निरंतर हैं, लेकिन क्वांटा के स्तर पर हैं और इस प्रकार असतत हैं। दूसरे शब्दों में, ऊर्जा स्पेक्ट्रम असतत हो जाता है, जिसे क्वांटा के रूप में मापा जाता है, थोक सामग्री के रूप में निरंतर होने के बजाय। नतीजतन, ऊर्जा अंतराल खुद पर जोर देता है: ऊर्जा स्तरों के बीच छोटा और सीमित अलगाव होता है। असतत ऊर्जा स्तरों की इस स्थिति को क्वांटम कारावास कहा जाता है।

इसके अलावा, क्वांटम कारावास प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों के अलग-अलग द्वीप होते हैं जो दो अलग-अलग अर्धचालक पदार्थों के बीच प्रतिरूपित इंटरफ़ेस पर बन सकते हैं। इलेक्ट्रॉन आमतौर पर डिस्क के आकार के क्षेत्रों तक ही सीमित होते हैं जिन्हें क्वांटम डॉट्स कहा जाता है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, इन प्रणालियों में इलेक्ट्रॉनों की सीमा विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ उनकी बातचीत को महत्वपूर्ण रूप से बदल देती है।[6][7] क्योंकि क्वांटम डॉट्स के इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तर निरंतर के बजाय असतत होते हैं, क्वांटम डॉट में केवल कुछ परमाणुओं के जोड़ या घटाव से बैंडगैप की सीमाओं को बदलने का प्रभाव पड़ता है। क्वांटम डॉट की सतह की ज्यामिति को बदलने से बैंडगैप ऊर्जा भी बदल जाती है, जो फिर से डॉट के छोटे आकार और क्वांटम कारावास के प्रभावों के कारण होती है।[6]

हस्तक्षेप प्रभाव

मेसोस्कोपिक शासन में, दोषों से बिखरना - जैसे कि अशुद्धियाँ - हस्तक्षेप प्रभाव उत्पन्न करता है जो इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित करता है। मेसोस्कोपिक हस्तक्षेप प्रभाव का प्रायोगिक हस्ताक्षर भौतिक मात्रा में प्रजनन योग्य उतार-चढ़ाव की उपस्थिति है। उदाहरण के लिए, प्रायोगिक मापदंडों में उतार-चढ़ाव के कार्य के रूप में दिए गए नमूने का संचालन स्पष्ट रूप से यादृच्छिक तरीके से होता है। हालाँकि, यदि प्रायोगिक मापदंडों को उनके मूल मूल्यों पर वापस चक्रित किया जाता है, तो उसी पैटर्न को वापस लिया जा सकता है; वास्तव में, देखे गए पैटर्न दिनों की अवधि में पुनरुत्पादित होते हैं। इन्हें सार्वभौमिक चालन उतार-चढ़ाव के रूप में जाना जाता है।

समय-समाधान मेसोस्कोपिक गतिकी

मेसोस्कोपिक डायनेमिक्स में समय-समाधान प्रयोग: भौतिकी के नैनोस्केल्स पर अवलोकन और अध्ययन # संघनित पदार्थ जैसे ठोस पदार्थों में दरार गठन, चरण पृथक्करण, और तरल अवस्था में या जैविक रूप से प्रासंगिक वातावरण में तेजी से उतार-चढ़ाव; और गैर-क्रिस्टलीय सामग्रियों की अल्ट्राफास्ट गतिकी का नैनोस्केल पर अवलोकन और अध्ययन।[8][9]

संबंधित

संदर्भ

  1. ↑ MULLER, M; KATSOV, K; SCHICK, M (November 2006). "Biological and synthetic membranes: What can be learned from a coarse-grained description?". Physics Reports. 434 (5–6): 113–176. arXiv:cond-mat/0609295. Bibcode:2006PhR...434..113M. doi:10.1016/j.physrep.2006.08.003. ISSN 0370-1573. S2CID 16012275.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 Sci-Tech Dictionary. McGraw-Hill Dictionary of Scientific and Technical Terms. 2003. McGraw-Hill Companies, Inc
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 "Mesoscopic physics." McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology. The McGraw-Hill Companies, Inc., 2005. Answers.com 25 Jan 2010. http://www.answers.com/topic/mesoscopic-physics-1
  4. ↑ Cahay, M (2001). Quantum confinement VI : nanostructured materials and devices : proceedings of the international symposium. Cahay, M., Electrochemical Society. Pennington, N.J.: Electrochemical Society. ISBN 978-1566773522. OCLC 49051457.
  5. ↑ Hartmut, Haug; Koch, Stephan W. (1994). अर्धचालकों के ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक गुणों का क्वांटम सिद्धांत (3rd ed.). Singapore: World Scientific. ISBN 978-9810220020. OCLC 32264947.
  6. ↑ 6.0 6.1 Quantum dots Archived 2010-02-01 at the Wayback Machine. 2008 Evident Technologies, Inc.
  7. ↑ Sánchez D, Büttiker M (2004). "नॉनलाइनियर मेसोस्कोपिक ट्रांसपोर्ट का चुंबकीय-क्षेत्र विषमता". Phys. Rev. Lett. 93 (10): 106802. arXiv:cond-mat/0404387. Bibcode:2004PhRvL..93j6802S. doi:10.1103/PhysRevLett.93.106802. PMID 15447435. S2CID 11686506.
  8. ↑ Barty, Anton; et al. (2008-06-22). "Ultrafast single-shot diffraction imaging of nanoscale dynamics". Nature Photonics. 2 (7): 415–419 (2008). CiteSeerX 10.1.1.712.8451. doi:10.1038/nphoton.2008.128.
  9. ↑ "Study gains images at ultra-fast timescale" (The research appears in the online edition of the journal Nature Photonics). Science Online. Facts On File, Inc. United Press International. 2008-06-25. p. 01. Retrieved 2010-01-25.

बाहरी संबंध

Retrieved from ‘https://www.vigyanwiki.in/index.php?title=मेसोस्कोपिक_भौतिकी&oldid=160522’