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 :

सही उत्तर — विकल्प (2), क्वांटम वैल.

इस परिवार की नैनो संरचनाओं के नाम इस पर निर्भर करते हैं कि उनकी कितनी विमाएँ नैनो पैमाने तक घटाई गई हैं। जब कोई विमा पर्याप्त छोटी हो जाती है, तो इलेक्ट्रॉन उस दिशा में परिरुद्ध हो जाते हैं और केवल बाकी दिशाओं में स्वतंत्र रूप से गति कर पाते हैं।

प्रश्न एक विमा को नैनो रेंज तक घटाता है और अन्य दो को वैसा ही रहने देता है, यानी केवल एक विमा नैनो रेंज में है। क्वांटम वैल में आवेश वाहक एक दिशा में परिरुद्ध रहते हैं और अन्य दो दिशाओं में, एक तल के भीतर, स्वतंत्र रूप से गति करते हैं।

पोटेंशियल वैल पर विकिपीडिया का लेख यह परिवार बताता है: क्वांटम डॉट तीनों विमाओं में परिरुद्ध करता है, क्वांटम वायर दो में, और क्वांटम वैल केवल एक में। इसलिए संरचना क्वांटम वैल है।

याद रखने योग्य बात: नैनो आकार की विमाएँ गिनें: एक हो तो क्वांटम वैल, दो हों तो क्वांटम वायर, तीन हों तो क्वांटम डॉट।

अन्य विकल्प क्यों गलत हैं

• (1)
  क्वांटम स्टेप — परिरुद्ध विमाओं की संख्या से नामित संरचनाएँ क्वांटम वैल, क्वांटम वायर और क्वांटम डॉट हैं। "क्वांटम स्टेप" इन तीनों में नहीं है।

  एक छोटी विमा वाली संरचना के लिए इस समूह का नाम क्वांटम वैल है।

• (3)
  क्वांटम डॉट — क्वांटम डॉट तीनों विमाओं में परिरुद्ध होता है: कुछ ही नैनोमीटर का अर्धचालक कण। इसके इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तर विविक्त होते हैं, इसीलिए क्वांटम डॉट को कभी-कभी कृत्रिम परमाणु कहा जाता है।

  इनका प्रकाश आकार पर निर्भर करता है: 5–6 nm के बड़े डॉट नारंगी या लाल, और 2–3 nm के छोटे डॉट नीला या हरा प्रकाश उत्सर्जित करते हैं।

• (4)
  क्वांटम वायर — क्वांटम वायर दो विमाओं में परिरुद्ध होता है: इसका व्यास नैनो पैमाने का होता है जबकि लंबाई बड़ी रहती है, इसलिए इलेक्ट्रॉन केवल इसकी लंबाई के साथ स्वतंत्र रूप से गति करते हैं।

  ऐसे तारों को नैनोवायर भी कहते हैं। इस परिरोध का एक प्रभाव यह है कि इनका विद्युत चालकत्व सीढ़ियों में, 2e²/h के गुणजों में, बदलता है।

क्वांटम परिरोध ही नैनो पैमाने की संरचनाओं को स्थूल (बल्क) पदार्थ से अलग बनाता है। जब किसी दिशा में किसी क्षेत्र का आकार इलेक्ट्रॉनों की दे ब्रॉग्ली तरंगदैर्ध्य के तुलनीय हो जाता है, तो उस दिशा में उनकी ऊर्जा केवल विविक्त मान ले पाती है।

परिरुद्ध दिशाएँ गिनने से तीन संरचनाएँ मिलती हैं। क्वांटम वैल एक दिशा में, क्वांटम वायर दो में और क्वांटम डॉट तीन में परिरुद्ध करता है; जिन दिशाओं में वाहक स्वतंत्र रहते हैं, उनके आधार पर इन्हें क्रमशः द्वि-, एक- और शून्य-विमीय संरचनाएँ भी कहते हैं।

यही गिनती नैनो पदार्थों पर सामान्य रूप से लागू होती है: नैनो-बनावट वाली सतह की एक विमा नैनो पैमाने की होती है, नैनोट्यूब की दो, गोलाकार नैनोकण की तीनों।

मुख्य तथ्य

• एक विमा नैनो पैमाने की, दो बड़ी: क्वांटम वैल; वाहक एक तल में स्वतंत्र रूप से गति करते हैं।
• दो विमाएँ नैनो पैमाने की, एक बड़ी: क्वांटम वायर (नैनोवायर); वाहक इसकी लंबाई के साथ स्वतंत्र रूप से गति करते हैं।
• तीनों विमाएँ नैनो पैमाने की: क्वांटम डॉट; वाहक हर दिशा में परिरुद्ध रहते हैं।
• क्वांटम वैल, वायर और डॉट को क्रमशः द्वि-, एक- और शून्य-विमीय संरचनाएँ भी कहा जाता है।
• कमरे के ताप पर अर्धचालक क्वांटम वैल में क्वांटम प्रभाव स्पष्ट दिखने के लिए वैल की चौड़ाई सामान्यतः 30 nm से कम होती है।

सामान्य भ्रम

• गलत चीज़ गिनना: क्वांटम वैल एक विमा में परिरुद्ध करता है पर उसे द्वि-विमीय कहते हैं, क्योंकि यह नाम स्वतंत्र दिशाओं को गिनता है।
• वैल बनाम वायर: पतली परत (एक छोटी विमा) वैल है, पतली छड़ (दो छोटी विमाएँ) वायर।
• डॉट चरम स्थिति है: केवल जब तीनों विमाएँ नैनो पैमाने की हों, तभी संरचना क्वांटम डॉट होती है।

RAS प्री 2021 और 2018 के मिलते-जुलते प्रश्न, उन प्रश्न-पत्रों के इस साइट पर प्रकाशित होने पर UnlockIAS यहाँ जोड़ेगा।

• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  वह नैनो संरचना, जिसमें दो विमाएँ नैनोमीटर रेंज तक घटा दी गई हों जबकि तीसरी बड़ी बनी रहे, कहलाती है

  • (a)क्वांटम वैल
  • (b)क्वांटम वायर
  • (c)क्वांटम डॉट
  • (d)स्थूल क्रिस्टल
  उत्तर(2) — दो परिरुद्ध विमाएँ और एक स्वतंत्र दिशा क्वांटम वायर बनाती हैं। विकल्प (1) में एक विमा परिरुद्ध होती है, विकल्प (3) में तीनों, और विकल्प (4) में कोई नहीं।
• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  क्वांटम डॉट को शून्य-विमीय संरचना कहा जाता है, क्योंकि

  • (a)इसका कोई द्रव्यमान नहीं होता
  • (b)इसके आवेश वाहक तीनों विमाओं में परिरुद्ध रहते हैं
  • (c)यह एक परमाणु से भी छोटा होता है
  • (d)इसके इलेक्ट्रॉन केवल एक अक्ष के साथ स्वतंत्र रूप से गति करते हैं
  उत्तर(2) — शून्य-विमीय का अर्थ है कि कोई दिशा स्वतंत्र नहीं बची, क्योंकि तीनों परिरुद्ध हैं। विकल्प (1) असत्य है; विकल्प (3) असत्य है, क्योंकि क्वांटम डॉट कुछ नैनोमीटर के होते हैं; विकल्प (4) क्वांटम वायर का वर्णन है।