Solid state physics II

PHYS-310 / 5 credits

Language: French

Résumé

Ce cours de deux semestres donne une introduction à la Physique du solide, à la structure cristalline, aux vibrations du réseau, aux propriétés électroniques, de transport thermique et électrique ainsi qu'aux propriétés magnétiques. Il se situe au niveau de Kittel et Ashcroft & Mermin.

Contenu

Gaz d'électrons libres de Fermi : état fondamental du gaz électronique, potentiel chimique et chaleur spécifique électronique en fonction de la température, susceptibilité paramagnétique de Pauli, théorie de Sommerfeld de la conduction électrique et thermique dans les métaux.

Electrons dans un potentiel périodique : théorème de Bloch, électron faiblement couplé au réseau, approximation des liaisons fortes, surfaces de Fermi et structure de bande de quelques métaux.

Dynamique des électrons dans un potentiel périodique : équations de la dynamique semiclassique, conduction électrique, concept de trou et notion de masse effective, mouvement des porteurs dans un champ mangnétique.

Semiconducteurs : propriétés générales, structures de bandes de Si, Ge, et GaAs, niveaux électroniques d'impuretés, occupation des niveaux dans un semiconducteur dopé et intrinsèque, concept du trou et de masse effective, jonction p-n.

Supraconductivité : phénomènologie magnétique, thermique, électrique, théorie de London, éléments de la théorie BCS, effet Josephson.

Propriétés magnétiques des solides : Hamiltonien magnétique d'un ion isolé, magnétisme d'un ensemble d'ions sans interaction mutuelle, susceptibilité magnétique des métaux, interaction d'échange de Heisenberg, théorie de champ moyen, magnétisme itinérant, ondes de spin, domaines magnétiques.

Compétences requises

Cours prérequis obligatoires

Physique du solide 1

Acquis de formation

A la fin de ce cours l'étudiant doit être capable de:

Elaborer l'origine de la structure de bande électronique
Discriminer entre transport de chaleur par électrons et par phonons
Différencier entre chaleur spécifique électronique et du réseau
Exposer la conductance électrique
Exposer des techniques de résonance pour déterminer la surface de Fermi
Caractériser les semiconducteurs intrinseques et dopés
Décrire la supraconductivité
Elaborer le magnétisme des solides

Compétences transversales

Utiliser une méthodologie de travail appropriée, organiser un/son travail.
Dialoguer avec des professionnels d'autres disciplines.

Méthode d'enseignement

ex cathedra et exercices en classe

Travail attendu

participation aux séances d'exercices

Méthode d'évaluation

examen écrit

Ressources

Bibliographie

Ashcroft and Mermin: Solid State Physics

Kittel: Introduction to Solid State Physics

Duan and Guojun: Introduction to Condensed Matter Physics, Volume 1

Ressources en bibliothèque

Références suggérées par la bibliothèque

(FR & online) Physique des solides / Ashcroft

Polycopiés

Polycopiés en Français sur site Moodle

Liens Moodle

https://go.epfl.ch/PHYS-310

Préparation pour

Physique du solide 3 et 4.

In the programs

Semester: Spring
Exam form: Written (summer session)
Subject examined: Solid state physics II
Lecture: 3 Hour(s) per week x 14 weeks
Exercises: 2 Hour(s) per week x 14 weeks

Reference week

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8-9
9-10
10-11
11-12
12-13
13-14
14-15
15-16
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18-19
19-20
20-21
21-22

Légendes:

Lecture

Exercise, TP

Project, other