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Physics of Functional Materials [ LMAPR2014 ]

5.0 crédits ECTS 37.5 h + 22.5 h 1q

Enseignant(s)	Rignanese Gian-Marco (coordinateur) ; Gonze Xavier ; Piraux Luc ;
Langue d'enseignement:	Anglais
Lieu de l'activité	Louvain-la-Neuve
Thèmes abordés	Le cours est divisé en trois parties. La première partie donne une vue d'ensemble des maté-riaux fonctionnels. La seconde partie porte sur les matériaux supraconducteurs. La troisième partie est dédiée aux matériaux pour l'optique. La première partie présente les divers types de matériaux et leur classification par rapport à leur fonction. Une attention particulière est donnée à leur utilisation à l'échelle industrielle et dans la vie quotidienne. La symétrie des propriétés est discutée. Une approche thermodyna-mique est introduite pour distinguer les propriétés directes de celles de couplage. L'origine microscopique des propriétés directes est discutée ce qui permettra de voir / revoir / appro-fondir les notions de base sur les matériaux magnétiques (dia-, para-, ferro-, ferri-, et antifer-ro-magnétisme) et diélectriques (diélectriques polaires, ferroélectricité). La seconde partie traite des matériaux supraconducteurs. Après un bref historique, les princi-paux faits expérimentaux et les divers matériaux supraconducteurs sont présentés. Un survol du cadre théorique (London, BCS, Ginsburg-Landau) est proposé en soulignant ses implica-tions. L'utilisation de supraconducteurs est discutée pour le transport du courant et la produc-tion de champs magnétiques intenses. Les notions de courant et champs critiques, de réseau de vortex, et de dynamique sont introduites, en insistant sur des applications concrètes. Les caractéristiques courant/tension d'une jonction supraconductrice sont décrites (effets Joseph-son, circuits digitaux). Finalement, l'utilisation de supraconducteurs est discutée pour la réali-sation de détecteurs ultra-sensibles (SQUID) et de dispositifs à haute fréquence. La troisième partie traite des matériaux à propriétés optiques dont les applications se retrou-vent dans la vie quotidienne. Les phénomènes d'absorption, d'émission et de propagation dans les milieux condensés seront étudiés en détail. La théorie sera illustrées par l'analyse de divers cas-types tels que les diodes électroluminescentes (y compris leur rayonnement LASER), la propagation et l'amplification dans les système basés sur des fibres optiques, les cellules photovoltaïques, la photosynthèse, la coloration des minéraux (notamment les pier-res précieuses).
Acquis d'apprentissage	Cours d'introduction à la physique des matériaux fonctionnels. A l'issue de cet enseignement, les étudiants seront en mesure de : 1. Citer les classes de matériaux en les illustrant d'exemples d'utilisation industrielle et dans la vie quotidienne; 2. Expliquer la symétrie et l'origine microscopique des diverses propriétés directes et de cou-plage; 3. Identifier les notions de supraconductivité utiles pour l'ingénieur et les classes de maté-riaux utilisés; 4. Expliquer les fondements théoriques de la supraconductivité et décrire des applica-tions d'ingénierie; 5. Relier les propriétés optiques des matériaux (notamment leur dépendance en fré-quence) avec leur structure géométrique et électronique au niveau atomique; 6. Expliquer les mécanismes physiques à la base des applications optiques industrielles; 7. Citer, classifier et décrire les matériaux possédant des caractéristiques industrielles importantes en ce qui concerne leurs propriétés optiques.
Contenu	Partie 1 : Les matériaux fonctionnels 1.1 Les classes de matériaux et leur utilisation 1.2 Les propriétés des matériaux 1.2.1. Symétrie des propriétés 1.2.2. Les propriétés directes 1.2.3. Les propriétés de couplage Partie 2 : Matériaux supraconducteurs 1.1 Historique, faits expérimentaux et principaux matériaux 1.2 Cadre théorique (London, BCS, Ginsburg-Landau) 1.3 Utilisation des supraconducteurs 1.4 Caractéristique courant / tension d'une jonction supraconductrice 1.5 Détecteurs ultra-sensibles (SQUID) et applications à haute fréquence. Partie 3 : Matériaux optiques 3.1. Lumière / électromagnétisme (rappel) 3.2. Diffraction / absorption 3.3. Réponse fréquentielle 3.4. Modèles classiques 3.5. Taux de transition quantiques (y compris effet LASER) 3.6. Absorption intrabande et interbande 3.7. Absorption dans les isolants (y compris fibres optiques et cellules photo-voltaïques) 3.8. Luminescence (diodes électroluminescentes) 3.9. Matériaux organiques et défauts ponctuels (phosphorescence) Méthodes : Cours magistraux, démonstrations en laboratoire, exercices
Autres infos	MAPR 1805 Introduction à la Science des Matériaux (ou un cours équivalent) MAPR 1491 Compléments de Physique (ou un cours équivalent) MAPR 1492 Physique des Matériaux (ou un cours équivalent)
Cycle et année d'étude	> Master [120] : ingénieur civil physicien > Master [120] : ingénieur civil biomédical > Master [120] : ingénieur civil en chimie et science des matériaux > Master [120] en sciences physiques
Faculté ou entité en charge	> FYKI

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