Acquis d'apprentissage

Liens entre les propriétés microscopiques (quantiques et atomiques) et macroscopiques (mesurables, applications) d'un solide prériodiques , en particulier pour ce qui concerne la conductivité électrique et thermique et  les propriétés optiques.

 

Objectifs

Faire le lien entre les propriétés macroscopiques des solides (conductivité, propriétés optiques, transport de chaleur) et leurs propriétés microscopiques (description atomique, types de liaisons, ..) en s'aidant des lois de la mécanique quantique et de la physique statistiques.

Contenu

Le cours propose une introduction générale à la physique du solide et des matériaux. Il montre les limites d'une description classique de la matière et fait le lien entre une description microscopique (atomique) et quantique et les propriétés macroscopiques des solides. Les conséquences sur les conductivités électronique et thermique et  les propriétés optiques sont mises en évidence. De même, les liens avec les propriétés connues (métal, isolant, ...) et les technologies basées sur les matériaux, comme les semi-conducteur, sont présentés. 

Table des matières

 1.Introduction et types de liaisons

2. Les électrons dans un cristal

2.1 Modèle (classique) de Drude d'un métal

2.2 Hamiltonien Electronique

              2.3 Modèle (quantique) de Sommerfeld d'un métal
              2.4 Electrons dans un potentiel périodique
              2.5 les semiconducteurs.
              2.6 Propriétés diélectriques et optique d'un solide

3. Modes normaux de vibrations et Phonons

3.1 Hamiltonien d'un cristal et constante de force

3.2 Vibration d'un chaine unidimentionelle.

3.3 Matrice dynamique d'un cristal et phonons
3.4 Propriétés thermiques d'un solide

4. Le magnétisme des solides

5. Les nanomatériaux

 

Méthodes d'enseignement

L'utilisation du tableau, les projections et les temps pour la résolution de problèmes (individuellement ou en groupe) sont alternés. Des capsules vidéos reprennent le contenu du cours et font l'objet de base pour des classes inversées.

Méthode d'évaluation

Examen oral en session avec préparation écrite qui porte sur les concepts théoriques  (50%) et la résolution de problème résolution de problèmes (25%) + Travail à réaliser pendant le quadrimestre (25%).

Les étudiants disposent d'un formulaire fourni sur webcampus

Sources, références et supports éventuels

Références principales

Physique des Solides. N.W. Ashcroft, D. Mermin. EDP Sciences 2002

Band Theory and Electronic Properties of Solids. J. Singleton 2001. Oxford University Press

The oxford Solid State Basics.  S.H. Simon. Oxford University Press 2013

 

Autres références

Introduction to Solid State Physics. C. Kittel. Wiley . Version française'Physique de l'Etat Solide'. Dunod 2007

Condensed Matter Physics. M.P. Marder. Ed. J. Wiley & Sons New-York 2000 

Physique des matériaux Collection : traité des matériaux. Vol 8. M. Gerl, J.P. Issi. Presses Polytechniques et Universitaires Romandes 1997 (

Solide State Physics. Principles and Modern Applications J.J. Quinn, K-S Yi. Springer 2009 (Dpt Phys)

 

Langue d'instruction

Formation Programme d’études Bloc Crédits Obligatoire
Bachelier en sciences physiques Standard 0 4
Bachelier en sciences physiques Standard 3 4