Condensed Matter Physics MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Condensed Matter Physics - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

व्याख्या:

यदि विभव जालक स्थानान्तरण 𝑅 के साथ आवधिक है, अर्थात्, V(𝑉) = V(𝑉 + 𝑅), तो तरंग फलन का रूप है:

ψ_k(𝑉) = e^i_k·𝑉 u_k(𝑉)

जहाँ u_k(𝑉) एक फलन है जिसमें जालक के समान आवर्तन है:

u_k(𝑉) = u_k(𝑉 + 𝑅)

1. |ψ_k(𝑉)| स्थिरांक है
   गलत - क्योंकि u_k(𝑉) स्थिति के साथ बदलता है, इसलिए ψ_k(𝑉) का मापांक स्थिरांक नहीं है।

2. ψ_k(𝑉) संवेग संचालक का एक आइगेनस्टेट भी है
   गलत - आवधिक मॉड्यूलेशन u_k(𝑉) के कारण ψ_k संवेग संचालक का आइगेनस्टेट नहीं है। केवल एक समतल तरंग e^i_k·𝑉 होगी।

3. ψ_k(𝑉) = ψ_k(𝑉 + 𝑅)
   गलत - यह सामान्यतः सत्य नहीं है। हालाँकि, ब्लोच के प्रमेय का तात्पर्य है:

   ψ_k(𝑉 + 𝑅) = e^i_k·𝑅 ψ_k(𝑉)

4. |ψ_k(𝑉)| = |ψ_k(𝑉 + 𝑅)|
   सही - ऊपर दिए गए गुण का उपयोग करके:

   |ψ_k(𝑉 + 𝑅)| = |e^i_k·𝑅 ψ_k(𝑉)| = |ψ_k(𝑉)|

हल:

टाइप-I अतिचालक वे होते हैं जो पूर्ण मैस्नर प्रभाव दिखाते हैं, अर्थात् Hc (केवल एक क्रांतिक क्षेत्र) से ऊपर कोई चुंबकत्व नहीं।

टाइप-II अतिचालक वे होते हैं जो पूर्ण मैस्नर प्रभाव नहीं दिखाते हैं, लेकिन वे निचले क्रांतिक चुंबकीय क्षेत्र और ऊपरी क्रांतिक चुंबकीय क्षेत्र के बीच एक मिश्रित अवस्था/भंवर अवस्था प्रदर्शित करते हैं।

विकल्प-3 से पूर्णतः संतुष्ट हूं।

दिया गया है:

एकविमीय एकपरमाण्विक जालक शृंखला के लिए प्रकीर्णन संबंध समीकरण द्वारा दिया गया है:

\( \omega = \frac{2}{a} v \left| \sin\left( \frac{k a}{2} \right) \right| \)

जहाँ: - a परमाण्विक अंतराकाश है, \(- k = \frac{2 \pi}{\lambda}\) तरंग सदिश है और - v वेग की विमा रखता है।

लंबी तरंगदैर्घ्य सीमा में कला वेग \(v_p\) और समूह वेग \(v_g\) के बीच संबंध दिया गया है।

अवधारणा:

• कला वेग \(v_p\) को \(v_p = \frac{\omega}{k}\) के रूप में परिभाषित किया गया है।
• समूह वेग \(v_g\) , k के सापेक्ष \( \omega\) का अवकलज है, अर्थात् \(v_g = \frac{d\omega}{dk}\)।
• लंबी तरंगदैर्घ्य सीमा में, जहाँ \(k \to 0 \) , दिए गए प्रकीर्णन संबंध के लिए कला वेग और समूह वेग समान हो जाते हैं।

गणना:

दिए गए प्रकीर्णन संबंध से:

\( \omega = \frac{2}{a} v \left| \sin\left( \frac{k a}{2} \right) \right| \)

छोटे k (लंबी तरंगदैर्घ्य सीमा) के लिए, \(\sin\left( \frac{k a}{2} \right) \approx \frac{k a}{2}\) , इसलिए प्रकीर्णन संबंध सरल हो जाता है:

\( \omega = v k \)

इसलिए, कला वेग है:

\( v_p = \frac{\omega}{k} = v \)

समूह वेग k के सापेक्ष \omega का अवकलज है:

\( v_g = \frac{d\omega}{dk} = v \)

∴ लंबी तरंगदैर्घ्य सीमा में, \(v_p = v_g\)।

∴ सही उत्तर विकल्प 1 अर्थात \(v_p = v_g\) है।

धारणाएँ:

• डायोड वोल्टता लगभग 0.7 V पर नियत रहता है, क्योंकि यह 1 mA प्रचालन बिंदु के करीब है।

प्रतिरोधक पर वोल्टता:

कुल आपूर्ति वोल्टता: 1.0 V

डायोड वोल्टता: 0.7 V

प्रतिरोधक पर वोल्टता (V_R): \( V_R = 1.0 \, \text{V} - 0.7 \, \text{V} = 0.3 \, \text{V} \)

प्रतिरोधक (और डायोड) के माध्यम से धारा:

ओम के नियम का उपयोग करके: \( I = \frac{V_R}{R} = \frac{0.3 \, \text{V}}{200 \, \Omega} = 0.0015 \, \text{A} \)

धारा: I = 1.5 mA

अनुमानित डायोड धारा लगभग 1.5 mA है।

सही विकल्प 4) है।

अग्र धारा समीकरण का व्युत्पन्न:

एक p⁺-n डायोड में कुल धारा है:

\( I = I_p + I_n \)

एक p⁺-n डायोड में, छिद्र धारा I_p प्रमुख होती है। I_p के लिए व्यंजक है:

\( I_p = A \cdot q \cdot n_i^2 \cdot \left(\frac{D_p}{L_p N_D}\right) \cdot \left(e^{V / V_T} - 1\right) \)

यहाँ:

• q : इलेक्ट्रॉनिक आवेश
• D_p : छिद्रों का विसरण गुणांक
• \(L_p = \sqrt{D_p \cdot \tau_p}\) : छिद्र विसरण लंबाई
• \(V_T = k_B T / q\) : तापीय वोल्टता

सरलीकरण करने पर, हमें मिलता है:

\( I = I_s \cdot \left(e^{V / V_T} - 1\right) \)

जहाँ \(I_s\) , उत्क्रम संतृप्त धारा है:

\( I_s = A \cdot q \cdot n_i^2 \cdot \left(\frac{D_p}{L_p N_D}\right) \)

दिए गए मापदंडों का उपयोग करने पर:

\( I_s = 0.72 \times 10^{-15} \, \text{A} \)

जब I = 0.2 mA हो तो V की गणना करने पर:

\( V = V_T \cdot \ln\left(\frac{I}{I_s} + 1\right) = 0.6798 \, \text{V} \)

अतिरिक्त अल्पसंख्यक-वाहक आवेश (Q_p) और विसरण धारिता (C_d):

\( Q_p = \tau_p \cdot I_p = 2 \times 10^{-11} \, \text{C} = 20 \, \text{pC} \)

\( C_d = \frac{dQ_p}{dV} \approx \frac{\tau_p \cdot I}{V_T} = 0.7752 \, \text{nF} \)

सही विकल्प 2) है।

अवधारणा-

हम यहाँ प्रकीर्णन संबंध का उपयोग कर रहे हैं जो दिया गया है

• E_k =C√k यहाँ k तरंग संख्या है
• निम्न तापमान पर बोसॉन के लिए, E ∝ ks
• निम्न तापमान पर स्थिर आयतन पर एन्ट्रापी Cv ∝ Td/s
• s = ऊर्जा प्रकीर्णन संबंध में तरंग संख्या की घात और d = आयाम है

व्याख्या:

• Ek =C√k
• निम्न तापमान पर बोसॉन के लिए, E ∝ k^s
• इसे दिए गए समीकरण के साथ मिलाएँ s=1/2
• निम्न तापमान पर C_v ∝ T^d/s
• ^{\(C_v = \frac{d \langle E \rangle}{dT} \propto \frac{d}{dT} (kT)^5 \propto T^4 \)}
• यहाँ d आयाम = 2 (प्रश्न में दिया गया है)
• \(Cv ∝ T^{\frac{2} {1/2} } \)
• C_v∝ T⁴

इसलिए, सही उत्तर विकल्प (1) है।

व्याख्या:

\(ϵ(k) = ℏv_Fk\)

• यह इलेक्ट्रॉनों के लिए प्रकीर्णन संबंध है जहाँ \(v_F\) एक इलेक्ट्रॉन गैस में फर्मी स्तर के पास कणों की गति है। यह वास्तव में ग्राफीन या एक बहुत ही समान प्रणाली के साथ मामला है जहाँ हम एक रैखिक प्रकीर्णन संबंध का उपयोग कर रहे हैं।
• फर्मी तरंग संख्या \(k_F\) तक दिए गए k के साथ कणों (या इस मामले में इलेक्ट्रॉनों) की कुल संख्या तीन आयामों में \(n = ∫d³k = V{(4π/3)}{(k_F^3)}.\) के रूप में दर्शाई जा सकती है।
• चूँकि मूल प्रकीर्णन संबंध से \( k_F = \frac{ϵ_F}{(ℏv_F)}\): \(n ∝ (\frac{ϵ_F} {ℏv_F})^3.\)इस प्रकार, हम \(ϵ_F ∝ n^{(1/3)}\) पर पहुँचते हैं जो इंगित करता है कि \(α = \frac13.\)

व्याख्या:

• दो जालक A और B अनिवार्य रूप से एक-दूसरे के स्थानांतरित संस्करण हैं। A को चेकरबोर्ड पैटर्न के रूप में सोचा जा सकता है जहाँ हम सभी काले वर्गों (जो सूचकांकों के विषम योग का प्रतिनिधित्व करते हैं) का चयन करते हैं, जबकि B वह जालक है जिसमें सभी सफेद वर्ग (जो सूचकांकों के सम योग का प्रतिनिधित्व करते हैं) होते हैं।
• तीन आयामी सेटिंग में, यदि आप जालक A को किसी भी दिशा में (x, y या z अक्ष के साथ) एक इकाई द्वारा स्थानांतरित (शिफ्ट) करते हैं, तो आपको जालक B के जालक बिंदु मिलेंगे।
• इसी प्रकार, यदि आप जालक B को एक इकाई द्वारा स्थानांतरित करते हैं तो आपको जालक A मिलेगा। इसलिए हम कह सकते हैं कि जालक A और B "द्वैत" या "फलक-केंद्रित" नामक संबंध में हैं जहाँ एक को दूसरे को एक इकाई द्वारा स्थानांतरित करके प्राप्त किया जा सकता है। यह अवधारणा अक्सर क्रिस्टल संरचनाओं में उपयोग की जाती है जहाँ परमाणु ऐसे जालक बिंदु के शीर्ष पर स्थित होते हैं।

व्याख्या:

1. फर्मी स्तर की स्थिति:

\( f(E) \approx \exp\left(-\frac{E - E_F}{k_B T}\right) \)

\( E_F = \frac{\epsilon_C + \epsilon_V}{2} \)

• एक नैज अर्धचालक के लिए, चालन बैंड में इलेक्ट्रॉनों की संख्या (n) संयोजकता बैंड में छिद्रों की संख्या (p) के बराबर होती है।
• शर्त \( E - E_F \gg k_B T\) के तहत, फर्मी डायरेक वितरण सरल हो जाता है:
• n और p को बराबर करने से फर्मी स्तर ( \(E_F\) ) का पता चलता है:
• यहाँ, \(\epsilon_C\) चालन बैंड का निचला भाग है, और \(\epsilon_V\) संयोजकता बैंड का शीर्ष है।

इसलिए फर्मी स्तर बैंड अंतराल के मध्य बिंदु पर है।

2. फर्मी वितरण फलन:

\( f(E) = \frac{1}{\exp\left(\frac{E - E_F}{k_B T}\right) + 1} \)

• फर्मी डायरेक वितरण फलन (f(E)) एक ऊर्जा अवस्था E पर इलेक्ट्रॉन के प्राप्त करने की प्रायिकता का वर्णन करता है:
• यह मानते हुए कि N(E) में पहले से ही 2 का स्पिन अपभ्रंश कारक शामिल है, यह फलन सीधे लागू होता है।

3. चालन बैंड इलेक्ट्रॉनों का घनत्व:

\( n \approx n_0 k_B T \exp\left(-\frac{\epsilon_C - E_F}{k_B T}\right) \)

\( n \approx 2 \times 10^{21} \cdot \frac{1}{40} \cdot \exp\left(-\frac{0.75}{0.025}\right) \)

\( n \approx 4.68 \times 10^6 \, \text{cm}^{-3} \)

सही विकल्प 3) है।