UE Physique du solide, magnétisme et semi-conducteurs

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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 recommandés

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

Informations complémentaires

Lieu(x) : Grenoble
Langue(s) : Français