Physique du solide
Résumé
Ce cours donne une introduction à la Physique du solide, notamment 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 du livre de Ashcroft & Mermin.
Contenu
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.
Compétences requises
Cours prérequis obligatoires
Physique 1 - 4
Acquis de formation
A la fin de ce cours l'étudiant doit être capable de:
- Décrire les réseaux cristallins les plus courants
- Calculer la chaleur spécifique du réseau
- Déterminer la relation de dispersion à 1 et 3 D
- Calculer le nombre d'occupation d'un mode de vibration
- Esquisser la conductibilité thermique du réseau
- 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
- Caractériser les semiconducteurs intrinseques et dopés
- Elaborer le magnétisme des solides
- Décrire la supraconductivité
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
Encadrement
Office hours | Non |
Assistants | Oui |
Forum électronique | Non |
Ressources
Service de cours virtuels (VDI)
Non
Bibliographie
Ashcroft & Mermin: Solid State Physics
Kittel: Introduction to Solid State Physics
Hofmann: Solid State Physics, An Introduction, 3rd edition
Solyom: Fundamentals of the Physics of Solids, Volumes 1 and 2
Duan and Guojun: Introduction to Condensed Matter Physics, Volume 1
Ressources en bibliothèque
- Solid State Physics / Ashcroft & Mermin
- Introduction to Solid State Physics / Kittel
- Solid State Physics / Hofmann
- Fundamentals of the Physics of Solids / Solyom
- Introduction to Condensed Matter Physics / Duan
Polycopiés
Polycopiés en Français sur site Moodle
Liens Moodle
Préparation pour
Cous sur physique du solide avancé
Dans les plans d'études
- Semestre: Printemps
- Forme de l'examen: Ecrit (session d'été)
- Matière examinée: Physique du solide
- Cours: 4 Heure(s) hebdo x 14 semaines
- Exercices: 2 Heure(s) hebdo x 14 semaines
- Type: obligatoire
Semaine de référence
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