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Liste de cours principaux


Physique et Chimie de la matière condensée
Jean-Marc Berroir (LPA), Thierry Gacoin (PMC)

Objectifs :
- Fournir les bases des concepts qui sont aujourd'hui utilisés dans la physique des matériaux, en se focalisant sur les cristaux. Son but est de servir de support à la généralisation de ces mêmes concepts aux matériaux complexes. Le cours est complété par des séances de travaux dirigés.

- Initiation à la chimie de la matière condensée : compréhension de l'origine microscopique des propriétés physiques et physico-chimiques de matériaux et nano-objets à base d'oxydes, et de leurs fonctions.

Plan détaillé PMC
Plan détaillé ChiMC

Méthodes d'investigation de la matière
Delphine Cabaret, Nicolas Menguy (IMPMC)

Objectifs :
- Approfondir les aspects théoriques et pratiques de l'utilisation des rayonnements (rayons X, neutrons, électrons) pour l'étude de la matière condensée. L'accent est porté sur la détermination des structures de matériaux à différentes échelles.

- Le cours comprendra une présentation de la structure des solides (amorphes, cristaux parfaits et réels) et des différents types de rayonnement et de leurs sources. Les relations de Kramers - Heisenberg décrivant l'interaction électron-photon seront explicitées, afin d'introduire les processus de diffusion des rayons X : élastiques (diffusion, diffraction, absorption) et inélastiques (Compton, Raman, diffusions non-résonante et résonante).

On présentera les techniques élastiques avec une vue détaillée de la diffraction des rayons X mais aussi les diffractions de neutrons et d'électrons. La dernière partie sera ainsi consacrée à la microscopie électronique en transmission et à ses récents développements.

Cette UE comportera 2 séances de TP :
- Diffraction des rayons X (poudre et monocristal) : détermination complète d'une structure
- Microscopie électronique en transmission : diffraction des électrons, imagerie haute résolution et spectroscopie EELS

Plan détaillé MIM

Computational material science
Marco Saitta, Fabio Pietrucci, Michele Casula (IMPMC), Fabio Finocchi, Philippe Depondt (INSP)

Objectifs :
- Donner les bases théoriques (notamment des rappels en mécanique classique et statistique) des méthodes de calcul et simulation "classique" (Monte-Carlo, dynamique moléculaire), ainsi que les éléments principaux de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), et de son implémentation dans les calculs ab initio.

- Développer une compétence pratique de la modélisation et de la simulation, appliquées à la matière condensée et aux matériaux, via deux projets effectués en binômes ou trinômes, avec rapport écrit et soutenance orale.

Plan détaillé CMS

Propriétés optiques, électroniques et de transport
Yves Guldner (LPA), Emmanuelle Deleporte (LPQM), Robson Ferreira (LPA)

Objectifs :
- Acquérir des connaissances sur les propriétés optiques des solides, principalement semiconducteurs qui incluent les nanostructures, puits et boîtes quantiques. On effectue des rappels sur les états électroniques des semiconducteurs massifs et de leurs hétérostructures ainsi que sur l'électrodynamique des milieux continus (modèle de Drude-Lorentz). On y introduit les aspects récents de l'optique des solides (optique non linaire, interaction entre un nano-objet et son environnement, etc.).

- Présenter différentes approches utilisées pour décrire le transport électronique dans les solides : description par des équations cinétiques (exemple de l'équation de Boltzmann), théorie de la réponse linéaire, formalisme de Landauer-Buttiker. Présenter des exemples concrets d'applications.

- Une troisième partie (ED) présentera les semiconducteurs organiques ; leurs propriétés ainsi que leurs applications modernes.

Plan détaillé POET
Plan partie ED

Surfaces et nanostructures
Geoffroy Prévot, Bernard Croset, Emmanuelle Lacaze (INSP)

Objectifs :
Les propriétés des nanostructures, des systèmes à basse dimensionnalité ou de tailles réduites, sont extrêmement sensibles aux surfaces et/ou des interfaces. L'objectif est d'introduire les aspects théoriques et expérimentaux liés à la structure atomique et électronique des surfaces. La surface des matériaux est ensuite considérée comme support de divers systèmes nanostructurés.

Les outils courants à l'étude des surfaces sont introduits (diffraction d'électrons lents, diffraction rayons X rasant, microscopie tunnel et a force atomique, spectroscopie d'électrons, effet Auger, etc.).

Plan détaillé SURF

Physique du spin et du nanomagnétisme
Agnès Barthélémy (CNRS-Thales), Maria Chamarro (INSP)

Objectifs :
- Introduction aux développements actuels dans le domaine des matériaux magnétiques et de la spintronique. Une présentation des théories quantiques des matériaux magnétiques et modélisations micromagnétiques. L'étude des nanostructures magnétiques, la spintronique et les applications modernes.

- Le cours considère ensuite le contrôle et la mesure du spin dans une boïte quantique individuelle (le temps de vie et le temps de cohérence d'un état de spin ainsi que le couplage au rayonnement laser).

Plan détaillé PSN

Etats remarquables (graphene, supra, vortex)
Matteo Calandra, William Sacks (IMPMC)

Objectifs :
- Présenter les caractéristiques particulières des phases condensées électroniques (supraconductivité, vortex, ondes de densité de charges, ondes de spin, transition métal-isolant) ainsi que divers problèmes dans le domaine des électrons fortement corrélés.

- Introduire les systèmes quantiques confinés (nanotubes, gaz d'électrons bidimensionnel), les composés lamellaires ultra-minces (MgB2, graphène) et enfin, la théorie et la modélisation de ces matériaux. Leurs rôles potentiels dans les dispositifs modernes seront évoqués.

Note : la première partie traite un nombre de propriétés électroniques diverses et intrinsèques alors que la deuxième partie se concentre sur les matériaux à basse dimensions où le confinement et la symétrie du système sont déterminants.

Plan détaillé ERMC

Physique et chimie des matériaux naturels
Etienne Balan, Guillaume Morin, Karim Benzerara, Jennyfer Miot, (IMPMC)

Objectifs :
- Décrire les propriétés physiques et physico-chimiques des minéraux nanostructurés et leur interaction avec l'environnement jusqu'à l'échelle moléculaire. Appliquer ces connaissances aux enjeux du développement durable (piégeage et dégradation des polluants, durabilité des matériaux, conservation des messages fossiles).

- Comprendre les mécanismes élémentaires de la biominéralisation, notamment par les microorganismes. Analyser les relations structure-propriétés des biomatériaux à l'échelle nanométrique et moléculaire.

Plan détaillé PCMN

Physique des matériaux denses
Frédéric Decremps, Sandra Ninet, Daniele Antonangeli (IMPMC)

Objectifs :
Acquérir les bases théoriques et expérimentales des propriétés des solides et liquide sous conditions extrêmes de pression et température. Sous la forme de cours-séminaires, de lectures critiques d'articles scientifiques récents, de projets et de travaux pratiques, plusieurs aspects actuels de ce domaine de recherche seront abordés : physico-chimie des milieux denses, synthèse de nouveaux matériaux à propriétés remarquables, structure et dynamique des intérieurs planétaires, nanomatériaux.

Cette formation vous permettra d'illustrer et d'utiliser les concepts fondamentaux de la physique de la matière condensée d'un point de vue original et appliqué. L'évaluation s'effectuera sous la forme d'un contrôle continu (projet scientifique en collaboration avec un chercheur) et d'un examen final.

Contenu :
- Techniques de caractérisation des matériaux (diffraction, spectroscopies, simulations numériques, laser pompe-sonde)
- Génération des conditions extrêmes (hautes pressions et hautes températures)
- équation d'état, magnétisme et structures électroniques en conditions extrêmes, physique des transitions de phase
- propriétés physiques de géomatériaux et constitutions des intérieursplanétaires
- synthèse de nouveaux matériaux et nanomatériaux sous contraintes.

Plan détaillé PMD

Solides non-cristallins et hétérogènes
Laurent Cormier, Georges Calas, Laurence Galoisy (IMPMC), Jean-Baptiste d'Espinose (ESPCI)

Objectif :
- Ce cours illustre les relations structure-propriétés dans les verres, en relation notamment avec les propriétés d'usage des verres oxydes. On y étudie les solides non cristallins à l'aide de divers outils : les méthodes de diffraction, les approches spectroscopiques, les modèles structuraux des principaux types d'amorphes. Les propriétés électroniques, optiques et les transitions de phases sont soulignées.

- La deuxième partie du cours illustre les relations entre la structure, les propriétés et les fonctionnalités des matériaux minéraux (minéraux naturels, argiles, céramiques, ciments,...).

On s'attachera en particulier à expliciter l'origine nanométrique et colloïdale des propriétés d'usage macroscopique ou d'intérêt industriel. Comme précédemment, les outils d'investigations seront exploités.

Plan détaillé SNCH

Devices and surface engineering
Hervé Montigaud (CNRS-Saint Gobain), Paola Atkinson (INSP), Yvan Bonnassieux (LPICM)

Objectives :
- The course will provide the student with an overview of the applications of thin films and surface functionalization and give insight into the design of thin film stacks. Concepts of thin film nucleation and growth phenomena will be addressed. A part of the course will be dedicated to the basic principles of the growth of semiconducting epitaxial films and self-assembled nanostructures and their uses and another on film materials with defects, grain boundaries and inclusions.

- Specific applications of large scale thin film structures (detectors, copiers, flat screens). Comparison of n-type or p-type applications. Optics, electronics and materials physics of large surface devices ; LCD and OLED technologies are studied.

Detailed description DSE

Interfaces, wetting and friction
Sylvie Cohen-Addad (INSP), Laurence Talini (ESPCI), Tristan Baumberger (INSP)

Objectives:
The course provides advanced knowledge on solid or fluid mechanics of a wide variety of problems involving interfaces.

- General tools of elasticity, visco-elasticity and plasticity. Microscopic origins of these behaviors for broad classes of crystalline or amorphous materials (e.g. metals, elastomers, etc.).

- Solid/solid interfaces: contact between elastic solids, adhesion, friction and fracture. Advanced instrumental tools for investigating interfacial mechanical properties.

- Liquid/solid interfaces: capillarity and wetting with textured, chemically reactive or bio-inspired surfaces. Dynamics of wetting.

- Many examples are drawn from nature, the environment or industrial applications.

Detailed description IMF




Dernier mise à jour : le 1er février 2016