PHY 2500 – Physique de la matière condensée – Hiver 2018 Un cours d’introduction à la physique de la matière condensée (ou des solides), fortement recommandé pour des stages de recherche et plus encore pour des études supérieures dans le domaine. Descriptif de l’annuaire : Structures cristallines. Dynamique du réseau. Bandes d’énergie et dynamique des électrons. Métaux. Semi-conducteurs. Isolants. Propriétés diélectriques et magnétiques. Préalables : PHY2215 (Physique thermique et statistique) et PHY2810 (Mécanique quantique). Professeur Auxiliaire d’enseignement Laurent J. Lewis Sami Mahmoud Pavillon Roger-Gaudry A-439 Pavillon Roger-Gaudry A-415 laurent.lewis@umontreal.ca sami.mahmoud@umontreal.ca

Horaire :

• Mercredi 8h30 à 9h20, B-3202 • Jeudi 10h30 à 12h20, B-4340 • Vendredi 13h30 à 14h20, B-4340 (T.P.) • Semaine d’activités libres du 5 au 9 mars ; congé le 30 mars • Examen de mi-session (intra) le jeudi 22 février 2018 dans la plage horaire du cours • Examen final le vendredi 20 avril 2018, 13h30-16h30, B-3290

Références :

• Henri Alloul, Physique des électrons dans les solides, 2e édition, Les éditions de l’École Polytechnique, 2012. Note : une version anglaise de la première édition (Introduction to the Physics of Electrons in Solids, Springer, 2011) est disponible gratuitement par l’entremise de la bibliothèque (en formats pdf et epub).

• Charles Kittel, Physique de l’état solide – Introduction to Solid State Physics, 8e édition, Wiley, 2004. Une partie du cours en sera tirée et on y trouvera des compléments de lecture fort instructifs. Disponible à la bibliothèque.

Travaux :

• Devoirs : des problèmes seront assignés après la séance du jeudi (cf Studium), à remettre le jeudi suivant (déposer avant 17h dans le casier attribué au cours à côté du secrétariat) et corrigés le lendemain, sauf exception. Les problèmes ne seront pas tous notés mais il est fortement suggéré de les faire.

• Mini-projet sur un sujet d’actualité en physique de la matière condensée – détails à venir vers la mi-session.

• Les examens (intra et final) seront constitués en partie ou en totalité de problèmes données en devoir ; le final couvrira l’ensemble du cours.

• Pondération : devoirs – 15% ; mini-projet – 10% ; intra – 25% ; final – 50%.

Plan de cours (quasi final) Semaine (à venir)

Chapitres Thèmes

Présentation du cours A2 Solides cristallins et diffraction (1)

Structures cristallines – réseaux cristallins, cristaux en 2 et 3 dimensions, cristaux « imparfaits ».

A2 Solides cristallins et diffraction (2) Diffraction et réseau réciproque ; détermination des structures cristallines – condition de Bragg, intensité de diffraction, diffraction des rayons X.

K3 Liaisons dans les solides Cristaux de gaz rares, cristaux ioniques, covalents, et métalliques, constantes élastiques

K4 Phonons dans les solides (1) Vibrations du réseau

K5 Phonons dans les solides (2) Propriétés thermiques

A1 Mécanique quantique des solides (1) Hamiltonien d’un solide, fonctions d’onde et principe de Pauli.

A1 Mécanique quantique des solides (2) Bandes d’énergie, liaisons fortes, chaîne linéaire d’atomes, niveaux atomiques fortement liés.

A3 Structure électronique des solides (1) Électrons dans un potentiel périodique, structure de bande des solides.

A3 Structure électronique des solides (2) Métaux, isolants et semi-conducteurs, détermination expérimentale de la structure de bande.

A4 Transport électronique dans les solides (1) Modèle de Drude, transport électronique dans un gaz de fermions, dynamique des électrons de Bloch.

A4 Transport électronique dans les solides (2) Collisions; électrons, trous et dopage

A5 Introduction à la supraconductivité Un effet quantique à l’échelle macroscopique ; conditions d’existence, effet Meissner

Si le temps le permet : Sujets contemporains en physique de la matière condensée Matériaux désordonnés/amorphes, quasicristaux, localisation de Anderson, etc. ; méthodes numériques : Monte Carlo, KMC, dynamique moléculaire, DFT, etc. ; transitions de phase, renormalisation, fractales, condensation de B-E, etc…