hiver 2008 professeur: carlos silva démonstratrice...

PHY2500 CH 1 7 janvier 2008

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Hiver 2008

professeur: Carlos Silva

démonstratrice: Françoise Provencher

Présentation: PHY 2500

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La physique de la matière condensée

Prix Nobel en 1921

"for his services to

Theoretical Physics,

and especially for

his discovery of the law

of the photoelectric effect"

Albert Einstein

« pour ses services à la physiquethéorique et plus spécialement poursa découverte de la loi sur l�effetphotoélectrique. »


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3

Qu�est-ce que la physique de l�état solide?

� Fournit un cadre pour comprendre le banal aussi bien que les propriétés exotiques de solides.

� Propriétés structurelles : � Comment les propriétés chimiques et structurelles de solides à travers le

tableau périodique peuvent-elles être expliquées du point de vue de leur structure électronique fondamentale?

� Propriétés électriques : � Pourquoi Al est un métal et Si un semi-conducteur bien qu'ils soient à côté

l'un de l'autre dans le tableau périodique ? � Pourquoi quelques matériaux deviennent supraconducteurs aux températures

basses?

� Propriétés optiques : � Pourquoi les métaux sont extrêmement réflectifs, mais beaucoup d'isolants

sont transparents?

� Propriétés magnétiques : � Pourquoi le Ni est-il magnétique, mais le Cu ne l'est pas?

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�Textes:

Charles Kittel, « Physique de l�état solide », 8e édition, Dunod (2007) (traduit par N. Bardou et E. Kolb)

en anglais: "Introduction to Solid State Physics", 8eédition, Wiley, (2004)

�Site web pour le cours:

http://www.phys.umontreal.ca/~silva/

�Discussion et exercices (avec Françoise)

�Les vendredis de 15:30 à 16:30 au Z-305

�Évaluation:Exercices: 20%Examen partiel: 35%Examen final: 45%

Détails


3

5

1. Structure de la matière 2. Réseau réciproque 3. Énergie de liaison des atomes 4. Les phonons 5. Propriétés des phonons 6. Les électrons dans les cristaux 7. Bandes électroniques 8. Les métaux 9. Les semi-conducteurs 10. Dispositifs électroniques11. La nanotechnologie12. L'électronique organique

Les atomes ne bougent pas!Description de la matière

Les atomes bougent! Propriétés thermique de la matière

Les électrons dans les cristaux

Les propriétés électroniquesdes composés.

Thèmes avancés

Plan de cours

6

Électronique organique(polymères et petit molécules basées sur le carbone)

Polymères semiconducteurs� Emission accordable dans le

visible� Efficacités de PL élevées� Dispositifs sont fabriqués en

phase liquide

Un peu sur mes intérêts de recherche�

Plastiques photoluminescents

Applications:� Diodes électroluminescents� Cellules photovoltaïques� Transistors� Bio-senseurs


4

7

Physique de semiconducteurs organiques

� Mécanismes de transport dans les semiconducteurs fortement désordonnés� Diffusion d�énergie� Transport de charge

� Quelle est la relation entre structure supramoléculaire, structure électronique, et dynamique électronique?

Quelle est la différence entre les deux images ci-dessus?

Henning Sirringhaus, University of Cambridge

8

Dynamique électronique� Observation de cinétique des espèces

électroniques en temps réel.� Par exemple, production de charge: <10-13 s

� Nous avons besoin d�une méthode expérimentale avec cette résolution temporelle


5

9

Technique: spectroscopie optique� Spectroscopie résolue en

temps� Optique

« ultrarapide » (<100fs)� Spectroscopie en mode

continu� Caractérisation électrique

Compréhension de la physique de semiconducteur dans matériaux organiques

10

Kittel Chapitre 1

Structure cristalline


6

12

Réseaux périodiques

alvéoles d�abeilles murs de briques


7

13

Fluorite (fluorure de calcium) CaF2

Barite (sulfate de baryum) BaSO4

quartz(silice cristallisée)

SiO2

pyrite(sulfure de fer)

FeS2

Référence: Virtual Musuem of Quebec Minerals

Les minéraux


8

15

Vecteurs de translation

a1

a2 T=3 a1+2 a2

16

Vecteurs de translation(2)


9

17

Motif ou base

a1

a2

motif


10


11

21

Réseaux en 2D

Concepts:�maille élémentaire�maille primitive�motif ou base

22

Le graphite 2D

Référence: web


12

23

Le graphite 3D

Référence: web

24

Empilement d�orange

Référence: web


13

25

Empilement compact de sphères

Référence: web

26

Empilement compact de sphères(2)

Référence: web


14

27

Empilement compact de sphères(3)

Référence: web

28

HCP (hexagonal compacte)

Référence: web


15


16

31

Le tableau périodique et ses structures

Référence: web

cfcFCC

cc

32

Réf

éren

ce: w

eb

Systèmes cristallins(7) et Réseaux de Bravais(14)


17

33

Fluorite CaF2 ; cubique (cfc) ;

Barite BaSO4 ; orthorhombique

Quartz SiO2 ; hexagonal

Pyrite FeS2 ; cubique

Les minéraux (2)

34

NaCl (chlorure de sodium)

maille: cubique (cfc)Na: (0,0,0)Cl: (½,½,½)

6.59KBr

6.29KCl

5.92PbS

5.77AgBr

5.63NaCl

4.43MnO

4.20MgO

4.08 ÅLiH


18

35

Diamant

maille: cubique (cfc)C: (0,0,0), (¼,¼,¼)

ou

6.46Sn(étain gris)

5.65Ge

5.43Si

3.56 AC

(1/8,1/8,1/8)

36

Sulfure de zinc (zinc blende)

Structure typique desSemi-conducteurs III-IVex: GaAs, InP, GaN, ZnS �

maille: cubique (cfc)Ga: (0,0,0), As: (¼,¼,¼)


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37

Autres types de solides

�les alliages

�les verres

�les cristaux liquides

�les polymères �les quasi-cristaux

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Les alliages

Bronze: 10-30% Sn(étain) dans le Cu(cuivre) (substitution)

Acier: mélange de fer et de carbone (<1.5%) (interstitiel)


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Les verres

40

Les cristaux liquides


21

41

Les polymères

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Les quasi-cristaux

Tuiles de Penrose

Découvert en 1984 par Shechtman et al. dans un alliage de Al86Mn14.


22

44

Réseaux importants

cubique à face centré

cubique centré

hexagonal compacte


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Structures importantes

graphite

chlorure de sodium

diamant

sulfure de zinc

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