क्वांटम डॉट है –
- (1)1 नैनोमीटर से छोटी नैनो संरचनाओं का इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी प्रतिबिम्ब
- (2)रेडियो एन्टीना का नैनोस्केल अनुरूप
- (3)एक कल्पित नैनोरोबोट
- (4)अर्द्धचालक नैनो संरचना
उत्तर
क्यों
सही उत्तर — विकल्प (4), अर्द्धचालक नैनो संरचना.
विकिपीडिया का Quantum dot लेख (सितम्बर 2021 का संस्करण) अपने आरंभ में ही बताता है कि क्वांटम डॉट (QD) कुछ नैनोमीटर आकार के अर्द्धचालक कण हैं, जिनके प्रकाशीय और इलेक्ट्रॉनिक गुण क्वांटम यांत्रिकी के कारण बड़े कणों से भिन्न होते हैं।
लेख इन्हें शून्य-विमीय बताता है: इनमें इलेक्ट्रॉन या होल तीनों विमाओं में परिरुद्ध रहते हैं। इसी परिरोध के कारण किसी डॉट से उत्सर्जित प्रकाश का रंग उसके आकार पर निर्भर करता है।
इसलिए क्वांटम डॉट एक अर्द्धचालक नैनो संरचना है।
याद रखने योग्य बात: क्वांटम डॉट कुछ नैनोमीटर का अर्द्धचालक क्रिस्टल है, जो तीनों विमाओं में परिरुद्ध होता है।
अन्य विकल्प क्यों गलत हैं
- (1)1 नैनोमीटर से छोटी नैनो संरचनाओं का इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी प्रतिबिम्ब — यह किसी वस्तु का नहीं, एक चित्र (प्रतिबिम्ब) का वर्णन है। क्वांटम डॉट एक भौतिक अर्द्धचालक कण है, जिसका उपयोग डिस्प्ले जैसे उपकरणों में होता है।
आकार भी मेल नहीं खाता। विकिपीडिया क्वांटम डॉट को कुछ नैनोमीटर का बताता है और 2–3 nm तथा 5–6 nm के डॉट के उदाहरण देता है, जो 1 नैनोमीटर से बड़े हैं।
- (2)रेडियो एन्टीना का नैनोस्केल अनुरूप — यह नैन्टेना (nantenna, नैनो-एन्टीना) का वर्णन है। विकिपीडिया का Optical rectenna लेख (सितम्बर 2021 का संस्करण) बताता है कि यह शब्द कभी-कभी ऑप्टिकल रेक्टेना या केवल ऑप्टिकल एन्टीना, दोनों में से किसी के लिए प्रयुक्त होता है।
रेक्टेना एन्टीना और डायोड को मिलाकर विद्युतचुंबकीय तरंगों को दिष्ट धारा में बदलता है; ऑप्टिकल रेक्टेना यही काम दृश्य या अवरक्त प्रकाश से करेगा। क्वांटम डॉट एक अर्द्धचालक कण है, एन्टीना नहीं।
- (3)एक कल्पित नैनोरोबोट — क्वांटम डॉट वास्तविक पदार्थ हैं, न कल्पना, न रोबोट। विकिपीडिया के अनुसार इन्हें पहली बार 1981 में अलेक्सेई एकिमोव (Alexey Ekimov) ने काँच के आधात्री (ग्लास मैट्रिक्स) में संश्लेषित किया था।
वही लेख इनका एक व्यावसायिक उपयोग भी दर्ज करता है: पहला उपयोग सोनी की XBR X900A शृंखला के फ्लैट-पैनल टेलीविज़न थे, जो 2013 में जारी हुए।
अवधारणा
जब किसी अर्द्धचालक क्रिस्टल को पर्याप्त छोटा कर दिया जाता है, तो उसके इलेक्ट्रॉन बहुत छोटे स्थान में सिमट जाते हैं। विकिपीडिया इसे क्वांटम परिरोध (quantum confinement) कहता है: तब अनुमत ऊर्जा स्तर क्रिस्टल के आकार पर निर्भर करते हैं।
संरचनाओं के नाम इस आधार पर हैं कि कितनी विमाएँ परिरुद्ध हैं। क्वांटम वैल इलेक्ट्रॉनों या होल को एक विमा में परिरुद्ध करता है, क्वांटम वायर दो में, और क्वांटम डॉट तीनों में।
इसी कारण क्वांटम डॉट में परमाणु जैसी विविक्त ऊर्जा अवस्थाएँ होती हैं, और इन्हें कभी-कभी कृत्रिम परमाणु भी कहा जाता है।
RPSC के प्रारंभिक परीक्षा पाठ्यक्रम में "विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी" के अंतर्गत "नैनो–प्रौद्योगिकी, जैव–प्रौद्योगिकी एवं अनुवंशिक–अभियांत्रिकी" सूचीबद्ध है।
आकार रंग तय करता है। विकिपीडिया के अनुसार 5–6 nm के बड़े डॉट नारंगी या लाल जैसी लंबी तरंगदैर्ध्य उत्सर्जित करते हैं, और 2–3 nm के छोटे डॉट नीली और हरी जैसी छोटी तरंगदैर्ध्य, हालाँकि सटीक रंग संघटन पर भी निर्भर करते हैं।
विकिपीडिया के अनुसार डिस्प्ले में क्वांटम डॉट इसलिए उपयोगी हैं कि ये बहुत विशिष्ट वितरण में प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। वह सौर सेल, LED, लेज़र और एकल-इलेक्ट्रॉन ट्रांज़िस्टर को इनके संभावित अनुप्रयोगों में गिनाता है।
मुख्य तथ्य
- क्वांटम डॉट कुछ नैनोमीटर आकार के अर्द्धचालक कण हैं (विकिपीडिया, सितम्बर 2021 का संस्करण)।
- क्वांटम डॉट इलेक्ट्रॉनों या होल को तीनों विमाओं में परिरुद्ध करता है; क्वांटम वायर दो में, और क्वांटम वैल एक में।
- बड़े डॉट (5–6 nm) नारंगी या लाल जैसी लंबी तरंगदैर्ध्य उत्सर्जित करते हैं; छोटे डॉट (2–3 nm) नीली या हरी।
- विकिपीडिया के अनुसार क्वांटम डॉट पहली बार 1981 में अलेक्सेई एकिमोव ने काँच के आधात्री में संश्लेषित किए; यह शब्द 1986 में गढ़ा गया।
- विकिपीडिया 2013 में जारी सोनी के XBR X900A टेलीविज़नों को क्वांटम डॉट का पहला व्यावसायिक अनुप्रयोग बताता है।
विकिपीडिया के Quantum dot लेख (सितम्बर 2021 का संस्करण) से।
आगे की तैयारी
सामान्य भ्रम
- प्रतिबिम्ब वस्तु नहीं है: विकल्प (1) सूक्ष्मदर्शी के एक चित्र का वर्णन करता है, जबकि क्वांटम डॉट एक भौतिक अर्द्धचालक कण है।
- डॉट, वायर, वैल: परिरुद्ध विमाएँ गिनें — डॉट में तीन, वायर में दो, वैल में एक।
- बड़ा डॉट, अधिक लाल प्रकाश: बड़ा क्वांटम डॉट लंबी तरंगदैर्ध्य उत्सर्जित करता है, छोटी नहीं।
कोई प्रश्न कोई वर्णन देकर पूछ सकता है कि वह किस नैनो संरचना की परिभाषा है, या पूछ सकता है कि क्वांटम डॉट, वायर या वैल कितनी विमाओं में इलेक्ट्रॉनों को परिरुद्ध करते हैं।
कोई प्रश्न यह भी पूछ सकता है कि क्वांटम डॉट का आकार उसके उत्सर्जित रंग को कैसे बदलता है, या डिस्प्ले जैसे किसी उपयोग का नाम ले सकता है।
संबंधित PYQ
यदि किसी पदार्थ की एक विमा को नैनो रेंज तक घटा दिया गया हो जबकि अन्य दो विमाएँ वही बनी रहती हैं, तो प्राप्त संरचना कहलाती है :
- (1) क्वांटम स्टेप
- (2) क्वांटम वैल
- (3) क्वांटम डॉट
- (4) क्वांटम वायर
उत्तर(2)
संरचनाओं का वही परिवार। वह प्रश्न पूछता है कि यदि किसी पदार्थ की एक विमा को नैनो रेंज तक घटा दिया गया हो जबकि अन्य दो विमाएँ वही बनी रहें, तो प्राप्त संरचना क्या कहलाती है (RPSC की कुंजी: विकल्प (2), क्वांटम वैल); यहाँ का प्रश्न पूछता है कि क्वांटम डॉट क्या है, यानी तीनों विमाओं में परिरुद्ध संरचना।
अभ्यास
- अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं
क्वांटम वायर में इलेक्ट्रॉन कितनी स्थानिक विमाओं में परिरुद्ध होते हैं ?
- (a)एक
- (b)दो
- (c)तीन
- (d)किसी में नहीं
उत्तर(2) — विकिपीडिया के अनुसार क्वांटम वायर इलेक्ट्रॉनों या होल को दो स्थानिक विमाओं में परिरुद्ध करते हैं और तीसरी में मुक्त गति की अनुमति देते हैं। विकल्प (1) क्वांटम वैल का, विकल्प (3) क्वांटम डॉट का, और विकल्प (4) बिना परिरोध वाले स्थूल पदार्थ का वर्णन है। - अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं
उसी पदार्थ के 2–3 nm के क्वांटम डॉट की तुलना में 5–6 nm का क्वांटम डॉट कैसा प्रकाश उत्सर्जित करता है ?
- (a)छोटी तरंगदैर्ध्य वाला, जैसे नीला
- (b)लंबी तरंगदैर्ध्य वाला, जैसे लाल
- (c)उतनी ही तरंगदैर्ध्य वाला
- (d)किसी भी दृश्य तरंगदैर्ध्य वाला नहीं
उत्तर(2) — विकिपीडिया के अनुसार 5–6 nm के बड़े डॉट नारंगी या लाल जैसी लंबी तरंगदैर्ध्य उत्सर्जित करते हैं, और 2–3 nm के छोटे डॉट नीली और हरी जैसी छोटी तरंगदैर्ध्य। विकल्प (1) इसका उलटा है, और विकल्प (3) तथा (4) आकार के प्रभाव की उपेक्षा करते हैं।