PHYSIQUE DE LA MATIERE CONDENSEE (MP024, Master en Physique Generale et Applications)
Andrea GAUZZI (andrea.gauzzi@upmc.fr)

1. Descriptif de l'UE
Volumes horaires (hors contrôle et examen) : 18h CM - 18h TD

2. Présentation pédagogique de l'UE

a) Objectifs de l'Unité d'Enseignement :

Cet enseignement illustre les concepts de base indispensables à la compréhension de propriétés physiques fondamentales (thermodynamiques et cinétiques) des solides. L’assimilation de ces concepts permet d’établir un lien entre la structure cristalline et le comportement macroscopique des matériaux ayant des propriétés remarquables pour la science et la technologie modernes, tels que les métaux et les semiconducteurs.

b) Prérequis :
Niveau L3 en physique ou équivalent. Connaissances élémentaires en mécanique quantique, les solutions de l’équation de Schrödinger en 1D (puit de potentiel carré, oscillateur harmonique, …). Valeurs propres et états propres pour l’atome d'hydrogène. Perturbations stationnaires. Maths : algèbre linéaire, équations différentielles ordinaires, séries et intégrales de Fourier.

c) Thèmes abordés

1. Structure électronique des solides cristallins
Electrons dans un potentiel périodique. Approximation de l’électron indépendant. Théorème de Bloch. Quasi-quantité de mouvement. Relation de dispersion. Cas unidimensionnel. Electrons libres et quasi-libres. Bandes d’énergie. Zones de Brillouin. Approximation des liaisons fortes. Généralisation en deux et trois dimensions. Réseau réciproque. Zones de Brillouin. Densité d’états. Energie de Fermi. Surface de Fermi.

2. Vibrations des réseaux cristallins
Approximation de Born-Oppenheimer. Traitement quasi-classique de la dynamique des noyaux dans un solide. Vibrations d’une chaîne mono- et biatomique. Modes acoustiques et transverses. Généralisation en trois dimensions. Matrice dynamique. Orthogonalité des modes. Quantification des modes. Phonons.

3. Propriétés calorifiques et cinétiques des solides cristallins
Chaleur spécifique d’un gaz d’électrons. Cas T=0 K et T/=0 K. Chaleur spécifique vibrationnelle. Modèle de Debye. Température de Debye. Limite des basses et des hautes températures. Modèle de Drude pour la conductivité électrique. Conductivité électrique des métaux et des isolants. Limite des basses et des hautes températures.

 


Updated: 09 February 2009