Propriétés électroniques et optiques des matériaux

Propriétés électroniques et optiques des matériauxCode de l'UE : HMCH231

Présentation

I Propriétés électroniques des matériaux
1) Propriétés physiques des métaux
1.1 Approximation de Fermi (électrons libres)
1.2 Capacité calorifique
1.3 Conductivité électrique – Loi d’Ohm
1.4 Conductivité thermique
2) Propriétés électroniques des semiconducteurs
2.1 Semiconducteurs intrinsèques
2.2 Semiconducteurs dopés

II Propriétés optiques des matériaux
1) Introduction et causes de la couleur d’un matériau
2) Couleur physique
2.1 Réfraction/dispersion/diffusion incohérente
2.2 Le blanc
2.3 Diffusion cohérente/solide photonique
3) Couleur et transitions électroniques localisées
3.1 Centre coloré/boite quantique
3.2 Complexes de métaux de transition
3.2.1 Transition d-d / levée de dégénérescence
3.2.2 Termes spectroscopiques / paramètres de Racah
3.2.3 Règles de sélection et diagrammes de Tanabe-Sugano
3.2.4 Application à la couleur des pierres précieuses
3.3 Complexes des lanthanides
3.3.1 Effet du couplage spin-orbit
3.3.2 règles de sélection et diagramme de Dieke
4) Structure de bande et propriétés optiques
4.1 Les semi-conducteurs
4.1.1 Structure de bande/dopage/jonction p-n
4.1.2 Règles de sélection
4.1.3 Diodes électroluminescentes
4.1.4 Conversion photovoltaïque
4.2 Les métaux
4.2.1 Structure de bande
4.2.2 Lien avec la réflectance
5) Utilisation des connaissances à l’étude de quelques matériaux luminescents hybrides
5.1 Poudres fluorescentes (ampoule à économie d’énergie)
5.2 Poudres phosphorescentes (sécurité …)

Objectifs

Obtenir les densités d’états électroniques et les structures des bandes des métaux et des semiconducteurs à structure simple
Utilisation des structures de bandes pour déterminer les propriétés électroniques et optiques des matériaux
Faire le lien entre : gap et conduction ; dopage et fonctionnement des composants électroniques ; modèle de Drude ; structure électronique – couleur ; absorption de la lumière – excitons ; effet photovoltaïque

Identifier les différents processus physiques conduisant à la couleur d’un matériau.
Lien entre structure électronique et couleur.
Savoir utiliser les outils classiques (confinement quantique, Tanabe Sugano, Dieke…) pour extraire les paramètres pertinents du système (paramètre de champ cristallin, de Racah, gap optique….)

Pré-requis recommandés

Bases de Mécanique Quantique
Cristallographie (UE « Propriétés structurales des Matériaux » du 1er semestre)

Volume horaire

  • CM : 15
  • TD : 10
  • TP : 0

Syllabus

« Introduction à la physique de l’état solide », Charles Kittel, Dunod

Diplômes intégrant cette UE

En bref

Crédits ECTS 2.5

Période de l'année
secondSemestre

Langue d'enseignement
fr

Contact(s)

Contact(s) administratif(s)

Philippe JUND (philippe.jund @ umontpellier.fr)