v2.11.0 (5596)

Programme d'approfondissement - PHY_52001_EP : Physique Quantique Mésoscopique et Matière Topologique

Domaine > Physique.

Descriptif

Physique Quantique Mésoscopique et Matière Topologique
Enseignant : Mark Oliver Goerbig

Ce cours vise à introduire des développements récents en physique de la matière condensée liés à la miniaturisation des circuits électroniques, et à aborder simplement les questions fondamentales qu'ils suscitent. On explorera le monde de la physique mésoscopique, intermédiaire entre l'atome et l'objet macroscopique, dont les nombreux développements sont stimulés par l'évolution très rapide de l'industrie des circuits intégrés, des méthodes de lithographie et de la synthèse de nouveaux matériaux. Par exemple, il est maintenant possible de fabriquer des échantillons où les électrons se propagent strictement dans une dimension ou deux dimensions, et quasiment sans collision. Il s'agira de comprendre les nouveaux mécanismes mis en jeu aux petites échelles.

On présentera la physique de base du transport quantique à l'échelle méso ou nanoscopique, où les lois macroscopiques ne s'appliquent plus, car les électrons se comportent comme des ondes et des phénomènes d'interférences affectent toutes les propriétés physiques. En introduisant quelques concepts simples liés à la mécanique quantique, on décrira en particulier les phénomènes suivants :  effet des interférences quantiques sur le transport électronique, quantification de la conductance, effet Hall quantique ou la physique conceptuellement très riche du graphène, cristal parfaitement bidimensionnel où la dynamique des électrons est celle de particules sans masse (prix Nobel 2010). Au-delà de son intérêt pour les matériaux bidimensionnels, le graphène a également donné naissance à tout un nouveau domaine de recherche de physique de la matière condensée : la matière topologique. On introduira la description des isolants topologiques et des semi-métaux qui possèdent des électrons "ultra-relativistes" en deux et trois dimensions de l'espace ainsi qu'une relation intime reliant la physique du volume à celle des surfaces ou bords conducteurs. On discutera les applications technologiques associées à des différents phénomènes.

 

 

Langue du cours :  Anglais

Format des notes

Numérique sur 20

Littérale/grade réduit

Pour les étudiants du diplôme M2 EN - Énergie

Vos modalités d'acquisition :

Examen écrit de 3h
Tous les documents (distribués en classe, et notes personnelles) autorisés

Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)
    L'UE est acquise si note finale transposée >= C
    • Crédits ECTS acquis : 5 ECTS

    Pour les étudiants du diplôme M1 PHYS - Physique

    Vos modalités d'acquisition :

    Examen écrit de 3h
    Tous les documents (distribués en classe, et notes personnelles) autorisés

    Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)
      L'UE est acquise si note finale transposée >= C
      • Crédits ECTS acquis : 5 ECTS

      Pour les étudiants du diplôme Titre d’Ingénieur diplômé de l’École polytechnique

      Vos modalités d'acquisition :

      Examen écrit de 3h
      Tous les documents (distribués en classe, et notes personnelles) autorisés

      Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)
        L'UE est acquise si note finale transposée >= C
        • Crédits ECTS acquis : 5 ECTS

        La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.

        Pour les étudiants du diplôme Programmes d'échange internationaux

        Vos modalités d'acquisition :

        Examen écrit de 3h
        Tous les documents (distribués en classe, et notes personnelles) autorisés

        Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)
          L'UE est acquise si note finale transposée >= C
          • Crédits ECTS acquis : 5 ECTS

          La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.

          Programme détaillé

          Plan du cours

          • Les matériaux, le confinement électronique
          • Les limitations de la physique classique
          • Le domaine de la physique mésoscopique, du macro au nanomonde
          • Comment décrire la conduction électrique à l'échelle méso ou nanoscopique ?
          • Du transport balistique au transport diffusif
          • La conduction électrique vue comme un coefficient de transmission pour les électrons
              • Le formalisme de Landauer-Büttiker, analogies entre la propagation des électrons et celle de la lumière
          • La physique des électrons sous très fort champ magnétique : l'effet Hall quantique et ses applications
          • Matière topologique en deux dimensions : du graphène à l'effet Hall quantique de spin
          • Isolants topologiques en trois dimensions et semi-métaux de Weyl
          Veuillez patienter