Physique du solide

Compétences requises

Notions de structures cristallines, transformée de Fourier, mécanique quantique cours 1A

Compétences visées

Ce cours donne une introduction aux notions de base en physique des solides, en se focalisant particulièrement sur les aspects structuraux et les propriétés électroniques.

La physique du solide permet d’expliquer, par un modèle microscopique, la grande variété de propriétés physiques observées pour différents matériaux massifs ayant très souvent une application directe dans le monde industriel : métaux (fils conducteurs, éléments chauffant), isolants électrique, supraconducteurs (IRM, RMN, trains à grandes vitesses), matériaux magnétiques (disques durs, aimants), semiconducteurs (transistors, diode, cellules solaires)... 

Ce cours permettra aux étudiants d’acquérir des notions de base en physique des solides.  Il constitue un socle nécessaire à tout ingénieur pour comprendre le monde qui l’entoure et le fonctionnement de nombreuses technologies contemporaines. Il est également une base à d’autres enseignements en la matière prévus en 1ere année (physique des semi-conducteurs) en 2ème année (cours optionnels) et en 3ème année (options photonique et physique et modélisation).

Syllabus

• Structure cristalline : Réseaux de Bravais, quelques systèmes à deux et trois dimensions, ...
• Espace réciproque: Réseau réciproque; Conditions de diffraction; Première zone de Brillouin.
• Les phonons: Vibrations d’une chaîne mono- et di-atomique, relation de dispersion, branches acoustique et optique
• Le modèle de Sommerfeld : La théorie des électrons libres; La statistique de Fermi–Dirac; Le modèle de Drude;  Quelques propriétés du gaz d'électrons libre.
• Électrons dans un potentiel périodique & bandes d'énergie : Théorème de Bloch; Zones de Brillouin; Électrons presque libres.  Métal/Isolant/Semiconducteurs

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• Crystal structure : Bravais lattices, exemple of few 2D and 3D systems…
  
• Reciprocal Space: reciprocal lattices; diffraction; First Brillouin zone .
  
• The Sommerfel model : The theory of free electrons ; Fermi- Dirac statistics ; The Drude model ; Some properties of the free electron gas.
  
• Electrons in a periodic potential & energy bands : Bloch theorem ; Brillouin zones ; Nearly free electrons, Metal / Insulator / Semiconductors.

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