MET5 201-PROPRIETES PHYSIQUE DES MATERIAUX

A. Partie I – Électrons et Photons

Objectifs :

Différencier les propriétés électriques, optiques et thermiques d’un conducteur de celles d’un isolant ou d’un semi-conducteur. Estimer un ordre de grandeur de la conductivité électrique ou de la conductivité thermique d’un matériau. Prédire l’évolution en température de la conductivité électrique ou de la conductivité thermique d’un matériau. Utiliser le modèle des électrons libres pour prédire qualitativement et quantitativement les propriétés physiques des métaux. Extraire les informations d’une structure de bandes électronique.

Contenu :

1. Introduction

2. Le gaz d’électrons classique (modèle de Drude) : La boite métallique ; Conductivité électrique, temps de relaxation, densité de porteurs ; Conductibilité thermique et loi de Wiedemann Franz ; Réflectivité optique, fréquence de plasma

3. Le gaz d’électrons quantique (modèle de Sommerfeld) : Quantification, sphère de Fermi ; Densité d’états ; Statistique de Fermi-Dirac, niveau de Fermi ; Paramagnétisme de Pauli ; Conductivité électrique ; Chaleur spécifique et conductibilité thermique

4. Les électrons quasi libres : Effets des ions et origine des bandes interdites ; Théorème de Bloch, fonctions de Bloch ; Structure électronique ; Métaux, isolants, semi-conducteurs, semi-métaux ;trous, masse effective ; Absorption optique, photoconductivité d’un semi-conducteur

5. Le mouvement des ions -Les phonons : Milieu continu : relation de dispersion, vitesse du son ; vibrations d’un réseau monoatomique ; réseau diatomique et généralisation ; nombre de modes, phonons ; statistique de Bose-Einstein, nombre de phonons ; modèle d’Einstein de la chaleur spécifique, loi de Dulong et Petit ; densité de modes, parallèle avec le gaz d’électrons ; modèle de Debye : chaleur spécifique et conductibilité thermique de réseau

6. Phénomènes de transport électrique : Conductivité des métaux ; règle de Matthiessen, conductivité résiduelle, dépendance en température.

7. Supraconducteurs : -Phénoménologie, mécanisme -Effets du champ magnétique: Effet Hall. Magnétorésistance orbitale, autres effets de magnétorésistance

8. Effets Thermoélectriques : Effet Seebeck, effet Peltier ; effet thermocouple, élément Peltier.

B. Partie II – Propriétés

Objectifs :

Différencier un semi-conducteur intrinsèque d’un semi-conducteur extrinsèque – Prédire la dépendance en température de la densité de porteurs et de la conductivité.
Distinguer un matériau diamagnétique, paramagnétique, ferromagnétique ou antiferromagnétique sur la base de la dépendance en température de sa susceptibilité – En extraire la densité de moments magnétiques

Contenu :

1. Semi-conducteurs à l’équilibre thermodynamique :

Matériaux semi-conducteurs; Semi-conducteurs intrinsèques; Semi-conducteurs extrinsèques

2. La supraconductivité

3. Propriétés diélectriques

4. Cristaux ferroélectriques

5. Diamagnétisme et paramagnétisme

6. Ferromagnétisme et antiferromagnétisme

7. Résonance magnétique