Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La conduction dans les solides métaux et semi-conducteurs impacte une très large gamme d'applications en microélectronique, thermométrie et métallurgie. Des mécanismes d'origine microscopique ou macroscopique sont responsables du transport électrique dans ces solides et des propriétés physiques associées. La compréhension de ces phénomènes, notamment par approche statistique, est indispensable à l’optimisation de l'utilisation de ces matériaux à toutes températures, jusqu’à des conditions extrêmes. Cet article porte sur l’étude du comportement d'un ensemble de particules chargées mises hors de leur position d'équilibre par l'application d'un champ électrique extérieur. Leur comportement sous l'influence d'un champ magnétique ou d'un gradient de température est également observé.
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Conduction in solid metals and semiconductors impacts a very wide range of applications in microelectronics, metallurgy and thermometry. Microscopic or macroscopic mechanisms are responsible for the electrical transport in these solids and the associated physical properties. The understanding of these phenomena, notably through a statistical approach, is essential to the optimization of the use of such materials at all temperatures, up to extreme conditions. This article focuses on the study of the behavior of a set of charged particles removed from their equilibrium position by the application of an external electric field. Their behavior under the influence of a magnetic field or a temperature gradient is also observed.
Auteur(s)
-
Olivier BOURGEOIS : Docteur en Physique de la matière condensée - Chercheur au Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
-
Hervé Guillou : Docteur en Physique de la matière condensée - Maître de conférences à l'université Joseph Fourier à Grenoble - Chercheur au LIMMS/CNRS-IIS
INTRODUCTION
La conduction dans les solides (métaux, semi-conducteurs) touche une très large gamme d'applications en microélectronique, en thermométrie, ou encore en métallurgie. La compréhension des mécanismes (d'origine microscopique ou macroscopique) responsables du transport électrique dans ces solides et des propriétés physiques associées est un prérequis indispensable pour optimiser l'utilisation de ces matériaux à toutes températures.
Nous allons donc étudier le comportement d'un ensemble de particules chargées mises hors de leur position d'équilibre par l'application d'un champ électrique extérieur. Nous étudions également l'influence d'un champ magnétique ou d'un gradient de température sur leur comportement.
Après avoir introduit et donner les théories élémentaires dans un premier dossier [D 2 601], nous abordons ici les aspects les plus modernes des propriétés de transport des électrons de manière statistique.
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Transport électronique en conditions extrêmes
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2. Propriétés physiques des électrons de conduction
Nous portons notre attention sur les différentes propriétés physiques des porteurs de charges. En effet, si les électrons sont responsables du transport électrique sous l'effet d'un champ électrique extérieur, ils sont aussi à l'origine de différentes propriétés physiques d'importance dans les solides (effet Hall, effet thermoélectrique), en particulier lorsque l'on applique un champ magnétique extérieur ou une différence de température. Ces propriétés peuvent être la cause de la modification des lois de la conduction électrique que nous avons vues jusqu'à maintenant. Il est donc important d'en prendre connaissance afin d'avoir une vue complète de la conduction dans les solides.
2.1 Conduction sous champ magnétique
L'application d'un champ magnétique peut affecter profondément les caractéristiques d'un conducteur électrique en fonction de son amplitude et de sa direction. Nous allons dans un premier temps supposer que le champ magnétique appliqué est relativement faible, c'est-à-dire que les trajectoires sont larges par rapport aux distances interatomiques et au libre parcours moyen et que les énergies mises en jeu sont petites par rapport à l'énergie de Fermi et à kBT. Nous pourrons alors traiter le transport électrique sous champ dans une limite quasi classique.
Ce que l'on sait du point de vue de la physique classique, c'est que l'application d'un champ magnétique B sur un électron en mouvement provoque l'apparition d'une force que l'on appelle force de Lorentz :
( 40 )
La trajectoire d'un électron va devenir circulaire sous l'application du champ magnétique extérieur avec une pulsation de rotation, appelée la fréquence de Larmor, donnée par :
( 41 )
avec m masse de l'électron.
Le calcul de la circulation d'un courant électrique sous champ magnétique extérieur va se traiter de la même façon qu'en présence d'un champ électrique. Nous réécrivons...
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Propriétés physiques des électrons de conduction
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KITTEL (C.) - Introduction à la physique du solide. - Dunod (1958).
-
(2) - ASHCROFT (N.), MERMIN (D.) - Physique des solides. - EDP Sciences (2000).
-
(3) - LEVY (L.) - Magnétisme et Supraconductivité. - EDP Sciences (1997).
-
(4) - MOTT (N.), JONES (H.) - The theory of the properties of metals and alloys. - Dover (1958).
-
(5) - ABRIKOSOV (A.) - Fundamentals of the theory of metals. - North Holland (1988).
-
(6) - IMRY (Y.) - Introduction to mesoscopic physics. - Oxfort University Press (2002).
-
(7) - GANG (C.) - Nanoscale energy transport...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Conduction électrique dans les solides. Introduction et théories élémentaires.
ANNEXES
Société Française de Physique http://www.sfpnet.fr
European Physical Society http://www.eps.org
HAUT DE PAGE2.1 Laboratoires – Bureaux d'études – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Commissariat à l'Énergie Atomique CEA http://www.cea.fr
Institut de Physique CNRS (liste des laboratoires) http://www.cnrs.fr/inp
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