La physique du Solide est née au XXème siècle. Elle vise à la compréhension des propriétés des solides à partir de la nature et de la répartition dans l'espace de leurs constituants élémentaires que sont les atomes. Elle s'appuie donc naturellement sur les résultats de la mécanique quantique et de la physique statistique.
Un des plus grands succès de la physique des solides reste la compréhension des propriétés électriques des semi-conducteurs et des dispositifs qui en résultent. La réalisation en 1947 du premier transistor (Bardeen, Shockley et Brattain - prix Nobel de physiuqe 1956) a marqué le début des développements extraordinaires de la microélectronique qui continuent à profondément influencer notre mode de vie (ordinateurs, smartphones ...).
Dans le cadre de ce cours nous nous focaliserons dans un premier temps sur les propriétés électroniques des solides qui peuvent se décrire simplement sans qu'il ne soit nécessaire de prendre en compte la structure, c'est à dire la répartition des atomes dans l'espace). Cette première partie est intitulée "Gaz d'électrons libres".
Malgré des succès évidents (conductivité électrique et thermique des métaux, capacité thermique) ces approches ne permettent pas de comprendre pourquoi un même solide tel que le carbone peut avoir un comportement métallique ou bien isolant suivant qu'il cristallise sous la forme graphite ou bien diamant. La prise en compte de la structure est donc indispensable! La deuxième partie de ce cours portera donc sur la description de la structure des solides.
Enfin la troisième partie de ce cours portera sur le comportement des électrons dans les cristaux. Elle permettra d'aborder la structure de bandes d'énergies dans les solides et la notion de masse effective des porteurs de charge. Ces notions permettront d'aborder les semi-conducteurs et les dispositifs électroniques.
- Enseignant: Olivier THOMAS