Puits quantiques dans des Nanostructures

Mécanique Quantique et Relativité L2 Physique Chimie (Module à choix)

Module à choix (10 CM, 10TD, 10TP) L2- Physique-Chimie

Puits quantiques dans des Nanostructures

Aberration des étoiles

E. Schrodinger A.Einstein

Introduction à la physique de l’infiniment petit (PHYS.QUANTIQUE) et celle de l’infiniment grand ou des accélérateurs de particules

(RELATIVITE RESTREINTE)

1.4eV 1.7 eV

~nm ~nm E

dimension Pourquoi la MECANIQUE QUANTIQUE

Etudier les mouvements à l’échelle atomique ou subatomique Intérêt de la discipline en quelques exemples

1. En exploitant la nature ondulatoire de particules élémentaires tels que des électrons, on peut réaliser, par exemple, la microscopie électronique à grossissement supérieur à 500000 contre 2000 pour un microscope optique.

2. En étudiant le mouvement d’un électron à travers des couches nanométriques de matériaux semi- conducteurs (puits quantiques, illustration ci-dessous), on peut comprendre le principe de

fonctionnement de composants électroniques ou optoélectroniques et la possibilité de les fabriquer sur mesure pour telle ou telle application.

3. En étudiant le mouvement de vibration ou de rotation d’une particule quantique, on peut comprendre le problème de vibrations des molécules et son exploitation pour identifier les liaisons chimiques dans un matériau, mais aussi comprendre l’effet de serre due notamment aux vibrations des molécules CO₂ qui absorbent le rayonnement IR.

Organisation du cours

• Introduction historique de la naissance de la mécanique ondulatoire

• Dualité Onde-Corpuscule de la matière et du rayonnement

• Equation de Schrödinger et applications aux puits quantiques

Puits Quantiques

Nanoélectronique

Illustration de la contraction des longueurs dans la théorie de la relativité restreinte Image d’un lieu à l’aide d’un caméra fixe

Image du même lieu à l’aide d’un caméra animé d’une vitesse égale à 0.9*c ;

c étant la vitesse de la lumière.

Référence de l’illustration http://www.anu.edu.au/Physics/

Pourquoi la RELATIVITE RESTREINTE ?

Etudier le mouvement de systèmes animés de vitesses non négligeables devant la vitesse de la lumière, systèmes pour lesquels la mécanique Newtonienne devient caduque.

Applications à la physique des particules de hautes énergies et à l’astrophysique

Contenu du cours et méthodologie

• Introduction historique de la notion de l’éther et des expériences permettant d’aboutir aux principes de l’invariance de la vitesse de la lumière dans tout référentiel Galiléen.

• Discussion des principes de la relativité restreinte selon Einstein

• Référentiel Espace-temps de Minkowski et transformation de Lorentz.

• Applications :

• En utilisant la non universalité du temps, on peut comprendre pourquoi des particules créées dans la haute atmosphère et de faibles durées de vie sont détectables à la surface du sol. DILATATION DES DUREES

• En utilisant l’espace de Minkowski (espace, temps) et la transformation de Lorentz, on peut comprendre l’effet Doppler permettant entre autres de justifier l’expansion de l’Univers.

• Transformation de Lorentz et dynamique de particules de hautes énergies. Equivalence masse-énergie