PHY552A Solid State Physics


This course gives an introduction to solid state physics, a multidisciplinary field at the crossroads of physics, materials science, chemistry, mechanical engineering and biology. Designing materials with novel functionalities is one of the central driving forces of technological progress (semiconductors, magnetic memories, superconductors, composite materials, polymers, carbon nanotubes, etc.).

Using the theoretical foundations of quantum mechanics and statistical physics, this course aims at understanding how electronic properties of materials at the macroscopic scale result from their microscopic properties at the atomic or molecular scale. The course tries to find a balance between theoretical, experimental and technological aspects.


Tentative program:

Quantum mechanics of electrons in crystalline solids, electronic bands.

Metals, insulators and semiconductors. Introduction to spectroscopic techniques (x-ray and neutron diffraction, scanning tunneling microscopy, photoemission). Transport in solids: Drude, Boltzmann.

Transport in the quantum regime. Introduction to magnetism and/or superconductivity.


Required level: PHY430 - Advanced quantum physics and PHY433 - Statistical physics

Evaluation method: Written exam, weekly internet-based homework and work during the exercise sessions

Lecture taught in: English

ECTS credits: 5

Physique quantique des électrons dans les solides (introduction à la physique de la matière condensée)

Cours dispensé en anglais

Ce cours est une introduction à la physique de la matière condensée. Il s’agit d’un domaine pluridisciplinaire qui touche à la fois à la physique, la science des matériaux, la mécanique, la chimie et la biologie. L’élaboration de matériaux possédant des fonctionnalités nouvelles est un des moteurs essentiels du progrès technologique (semi-conducteurs, mémoires magnétiques, supraconducteurs, matériaux composites et polymères, nanotubes de carbone, etc…). En utilisant les bases théoriques de la mécanique quantique et de la physique statistique, ce cours s’attache à comprendre comment les propriétés électroniques des matériaux à l’échelle macroscopique résultent de leurs caractéristiques microscopiques, à l’échelle atomique ou moléculaire. Le cours cherche à présenter de manière équilibrée les aspects théoriques, expérimentaux et technologiques.

Programme indicatif :
Mécanique quantique des électrons dans les solides cristallins, bandes d’énergie. Métaux, isolants et semi-conducteurs. Quelques techniques spectroscopiques (diffraction des rayons X et des neutrons, microscopie à effet tunnel, photoémission). Notions sur le transport : Drude, Boltzmann. Nano-conducteurs et transport en régime quantique. Introduction au magnétisme et/ou à la supraconductivité.

Niveau requis : PHY430 - Physique quantique avancée et PHY433 - Physique statistique

Modalités d'évaluation : Examen écrit et travail en PC

Langue du cours : Anglais

Credits ECTS : 5