Physique du solide

La structure cristalline : réseaux de Bravais, structures cristallines courantes, types de liaisons, réseau direct, réseau réciproque, zones de Brillouin, diffraction.

La dynamique du réseau : modes normaux d'un réseau de Bravais monoatomique à 1 et à 3 dimensions, réseau avec une base, quantification des ondes élastiques, diffraction des neutrons par un cristal.

Propriétés thermiques en relation avec les phonons : chaleur spécifique du réseau, modèles de Debye et Einstein, densité de modes normaux, effets anharmoniques et conductivité thermique du réseau.

Gaz d'électrons libres de Fermi : état fondamental du gaz électronique, potentiel chimique et chaleur spécifique électronique, susceptibilité paramagnétique de Pauli, théorie de Sommerfeld de la conduction électrique et thermique dans les métaux, interaction d'une onde électromagnétique avec un métal.

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 magnétique.

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

Propriétés magnétiques des solides : 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.

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