UE Physique du solide, magnétisme et semi-conducteurs

Diplômes intégrant cet élément pédagogique :

Descriptif

Ce cours a pour but de présenter l'ensemble des propriétés électroniques et magnétiques des solides. Ces concepts seront complétés par des cours d'approfondissement proposés au semestre 2. 

  • Chapitre I : théorie des métaux de Drude. Conductivités électriques, effet Hall, conductivité thermique, loi de Wiedemann-Franz. 
  • Chapitre II : matériaux diélectriques. Notions de susceptibilité diélectrique. Polarisabilité, relation de Clausius-Mossotti.
  • Chapitre III :  Réseau cristallin et périodicité, phonons. Réseau réel et réseau réciproque, zones de Brillouin. Phonons, vitesse du son.
  • Chapitre IV : propriétés optiques des solides. Propagation, fonction diélectrique. Fréquence plasma et modes plasmons, réflectivité des métaux. Solides ioniques : relation LST, polaritons.
  • Chapitre V : électrons libres quantiques : modèle des métaux de Sommerfeld. Energie de Fermi et densité d’états. Développement de Sommerfeld. Conductivités électrique et thermique. Effet de la périodicité sur la structure électronique : ondes de Bloch, modèle de Kronig-Penney. Classification des solides (métaux et isolants).
  • Chapitre VI : éléments de magnétisme classique. Dipôle magnétique. Grandeurs M, B, H, A. Susceptibilité magnétique, dia- et paramagnétisme. Champ démagnétisant, aspects thermodynamiques.
  • Chapitre VII : Origine quantique du magnétisme.  Diamagnétisme et paramagnétisme classiques, théorème de Bohr-Van Leuwen. Couplage spin-orbite, effet Zeeman. Règles de Hund. Paramagnétisme de Van-Vleck,  de Brillouin et Pauli. Diamagnétisme de Landau et Larmor.
  • Chapitre VIII : les ordres magnétiques. Interaction d’échange, Hamiltonien de Heisenberg. Zoologie des ordres magnétiques. Ferromagnétisme : théorie de Brillouin-Curie-Weiss,  modèle de Landau de la transition ferromagnétique. Modèle de Stoner.
  • Chapitre IX : Semiconducteurs. Structure de bandes, notion de trous, masse effective, densités équivalentes d’états.  Dénombrement des porteurs intrinsèques, dopage, notion de compensation, niveau de Fermi et équation de neutralité.
  • Chapitre X : Dispositifs. Courant de diffusion, conduction. Jonction PN, hétérostructures, diodes électroluminescentes. Technologie MOS et détecteurs optiques.

Pré-requis

Electromagnétisme et équations de Maxwell, thermodynamique, notions de base de mécanique quantique (cours de L3 de physique).

Bibliographie

"Physique de l'état solide" par C.Kittel ou "Physique des Solide" par N.Ashcroft et D.Mervin. 

Modalités de contrôle des connaissances

Session 1 ou session unique - Contrôle de connaissances

NatureTypeNature d'évaluationDurée (min)Coeff.
CC Ecrit - devoir surveillé20%
CT Ecrit - devoir surveillé18080%

Session 2 - Contrôle de connaissances

NatureTypeNature d'évaluationDurée (min)Coeff.
CC Ecrit - devoir surveillé20%
CT Ecrit - devoir surveillé18080%

Informations complémentaires

Langue(s) : Français