क्वांटम भौतिकी में फर्मी ऊर्जा

क्वांटम भौतिकी में फर्मी ऊर्जा

हाल ही में विभिन्न क्षेत्रों में क्वांटम भौतिकी के सिद्धांतों द्वारा संचालित दैनिक व्यावहारिक अनुप्रयोगों की विस्तृत शृंखला के कारण फर्मी ऊर्जा ने ध्यान आकर्षित किया है।

क्वांटम भौतिकी:

  • क्वांटम भौतिकी, भौतिकी की वह शाखा है जो पदार्थ और ऊर्जा के सबसे छोटे कणों, जैसे- परमाणु, इलेक्ट्रॉन, फोटॉन और क्वार्क के व्यवहार एवं गुणों से संबंधित है।
  • क्वांटम भौतिकी से पता चलता है कि ये कण अजीब और आश्चर्यजनक तरीके से व्यवहार कर सकते हैं जैसे कि एक ही बार में दो स्थानों पर होना (सुपरइम्पोज़िशन), बाधाओं के माध्यम से सुरंग बनाना या लंबी दूरी पर एक-दूसरे के साथ उलझना।
  • क्वांटम भौतिकी यह भी बताती है कि कैसे परमाणु और अणु सभी पदार्थों का आधार बनते हैं तथा कैसे प्रकाश एवं अन्य विद्युत चुंबकीय तरंगें उत्पन्न होती हैं तथा पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करती हैं।
  • क्वांटम भौतिकी इलेक्ट्रॉनिक्स, कंप्यूटिंग, लेज़र और प्रकाशिकी के माध्यम से दैनिक जीवन को प्रभावित करती है। यह मेडिकल इमेजिंग के लिये MRI जैसी तकनीकों को सक्षम बनाती है और नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों में सुधार करती है।
  • क्वांटम क्रिप्टोग्राफी सुरक्षित संचार सुनिश्चित करती है, जबकि सामग्री विज्ञान और नैनो टेक्नोलॉजी क्वांटम सिद्धांतों से लाभान्वित होते हैं।

फर्मी एनर्जी:

  • फर्मी ऊर्जा पूर्ण शून्य तापमान (-273º C या 0K) पर एक सामग्री में इलेक्ट्रॉनों की उच्चतम व्याप्त अवस्था की ऊर्जा है।
  • फर्मी ऊर्जा चालन में इलेक्ट्रॉन वेग को निर्धारित करती है, क्योंकि केवल फर्मी ऊर्जा के करीब ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन ही चालन प्रक्रिया में भाग ले सकते हैं।
  • ताँबा, एल्युमीनियम और चाँदी जैसी धातुएँ बेहद कम तापमान पर भी उच्च फर्मी ऊर्जा प्रदर्शित करती हैं।
  • क्वांटम यांत्रिकी द्वारा नियंत्रित इलेक्ट्रॉनों की फर्मी ऊर्जा और फार्मोनिक व्यवहार धातुओं के विभिन्न गुणों के लिये ज़िम्मेदार है जिनमें उनकी परावर्तता, विद्युत चालकता और ऊष्मा चालकता शामिल हैं।

क्वांटम भौतिकी के लिये महत्त्व:

  • फर्मी ऊर्जा पदार्थ में तरंग प्रकृति और इलेक्ट्रॉनों के असतत् ऊर्जा स्तरों को प्रदर्शित करती है।
  • फर्मी ऊर्जा विद्युत और ऊष्मा चालकता, ऊष्मा क्षमता, चुंबकत्व तथा अतिचालकता सहित पदार्थ के विभिन्न भौतिक गुणों को निर्धारित करती है।
  • फर्मी ऊर्जा प्राकृतिक घटनाओं और तकनीकी अनुप्रयोगों जैसे- सितारों, परमाणु प्रतिक्रियाओं, लेज़र, ट्रांज़िस्टर तथा सौर कोशिकाओं में प्रासंगिक है।

स्रोत – द हिन्दू  

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