• Aide
  • Eurêkoi Eurêkoi
La physique quantique et ses applications
Livre numérique La physique quantique et ses applications

par Basdevant, Jean-Louis

De Boeck Supérieur

Résultat de Cairn Sciences

  • Consultable à la Bpi

Livre numérique

La physique quantique et ses applications

Auteur(s) : Basdevant, Jean-Louis
  • Éditeur(s)
  • Date
    • 2016
  • Notes
    • Un manuel pour maîtriser les applications de la physique quantique en 3e année de Licence, en Master ou bien en écoles d’ingénieurs avec cours et exercices d’application corrigés.Cet ouvrage fait suite au cours d’Introduction à la physique quantique, rédigé par le même auteur. Il s’adresse aux étudiants en troisième année de Licence et en Master de physique ainsi qu’aux élèves des écoles d’ingénieurs.Il a pour but de décrire les applications importantes de la physique quantique en se focalisant principalement sur la physique atomique, la physique nucléaire et la physique des semiconducteurs.Pour tester la bonne assimilation du cours, chaque chapitre se termine par des exercices et des problèmes corrigés. Ces derniers, plus avancés et plus complets, sont de véritables cas concrets d’application portant sur des sujets d’actualité.
  • Langues
    • Français
  • ISBN
    • 9782311400397
  • Droits
    • copyrighted
  • Résultat de :
  • Quatrième de couverture

    • La physique quantique et ses applications

      Cet ouvrage fait suite au cours d'Introduction à la physique quantique, rédigé par le même auteur. Il s'adresse aux étudiants en troisième année de Licence et en Master de physique ainsi qu'aux élèves des écoles d'ingénieurs.

      Il a pour but de décrire les applications importantes de la physique quantique en se focalisant principalement sur la physique atomique, la physique nucléaire et la physique des semiconducteurs.

      Pour tester la bonne assimilation du cours, chaque chapitre se termine par des exercices et des problèmes corrigés. Ces derniers, plus avancés et plus complets, sont de véritables cas concrets d'application portant sur des sujets d'actualité.


  • Tables des matières

      • La physique quantique et ses applications

      • Jean-Louis Basdevant

      • Vuibert

      • Avant propos1
      • Partie A. Physique atomique et moléculaire3
      • 1 Addition des moments cinétiques5
      • 1.1 Addition de deux moments cinétiques5
      • 1.1.1 L'opérateur moment cinétique total5
      • 1.1.2 Base découplée et base couplée6
      • 1.1.3 Un cas particulier simple : l'addition de deux spins 1/27
      • 1.1.4 Addition de deux moments cinétiques quelconques9
      • 1.1.5 Atomes monoélectroniques, notation des spectroscopistes13
      • 1.2 Structure fine des atomes monovalents14
      • 1.3 Raie à 21 cm de l'hydrogène16
      • 1.3.1 Energie d'interaction16
      • 1.3.2 Théorie des perturbations17
      • 1.3.3 Diagonalisation de (...)118
      • 1.3.4 La raie de 21 cm en astrophysique19
      • 1.3.5 Exercices21
      • 1.4 Problème. Les horloges atomiques22
      • 1.4.1 Le clivage hyperfin du niveau fondamental22
      • 1.4.2 La fontaine atomique23
      • 1.4.3 Le système GPS25
      • 1.4.4 La dérive des constantes fondamentales25
      • 1.4.5 Corrigé25
      • 2 Evolution des systèmes29
      • 2.1 Perturbations dépendant du temps29
      • 2.1.1 Probabilité de transition29
      • 2.1.2 Equations d'évolution30
      • 2.1.3 Résolution perturbative30
      • 2.1.4 Solution au premier ordre : l'approximation de Born31
      • 2.1.5 Cas particuliers31
      • 2.1.6 Solution perturbative et solution exacte32
      • 2.2 Désintégration d'un système33
      • 2.2.1 La radioactivité du 57Fe33
      • 2.2.2 La règle d'or de Fermi35
      • 2.2.3 Ordres de grandeur36
      • 2.2.4 Comportement pour des temps longs37
      • 2.2.5 Exercices39
      • 3 Interactions électromagnétiques d'un atome, Lasers43
      • 3.1 Interaction d'un atome avec une onde lumineuse43
      • 3.1.1 L'approximation dipolaire électrique44
      • 3.1.2 Justification du couplage dipolaire électrique44
      • 3.1.3 Absorption d'énergie par un atome, émission induite45
      • 3.1.4 Règles de sélection48
      • 3.1.5 Emission stimulée de bosons et effet laser49
      • 3.2 Emission spontanée et Emission induite : coefficients d'Einstein49
      • 3.3 Problème. Lasers moléculaires52
      • 3.3.1 Préliminaires53
      • 3.3.2 Lasers moléculaires53
      • 3.3.3 Corrigé55
      • 3.4 Problème. La manipulation d'atomes par laser58
      • 3.4.1 Équations de Bloch optiques pour un atome au repos59
      • 3.4.2 La force de pression de radiation60
      • 3.4.3 Le refroidissement Doppler60
      • 3.4.4 La force dipolaire61
      • 3.4.5 Corrigé62
      • B. Noyaux et Particules68
      • 4 Concepts de base de la physique nucléaire71
      • 4.1 Etendue de la physique nucléaire71
      • 4.2 Les noyaux atomiques73
      • 4.2.1 Généralités73
      • 4.2.2 Rayons nucléaires75
      • 4.2.3 Energies de liaison76
      • 4.3 Réactions nucléaires, lois de conservation80
      • 4.3.1 Lois de conservation80
      • 4.3.2 Nombres quantiques additifs81
      • 4.3.3 Bilan énergétique81
      • 4.4 Etats excités des noyaux82
      • 4.5 Forces nucléaires83
      • 4.5.1 Aspects qualitatifs84
      • 4.5.2 Le potentiel de Yukawa et ses généralisations85
      • 4.5.3 Origine du potentiel de Yukawa85
      • 4.6 Indépendance de charge : l'Isospin87
      • 4.6.1 L'indépendance de charge des forces nucléaires87
      • 4.6.2 L'isospin87
      • 4.6.3 Origine de la symétrie d'isospin ; différence de masse neutron-proton91
      • 4.7 Noyaux déformés92
      • 4.8 Exercices94
      • 4.9 Bibliographie95
      • 5 Modèles nucléaires, stabilité des noyaux97
      • 5.1 Modèle du potentiel nucléaire moyen97
      • 5.2 La formule de masse semi-empirique102
      • 5.2.1 La goutte liquide de Bohr102
      • 5.2.2 La formule de masse de Bethe-Weizsäcker102
      • 5.3 Structure en couches des noyaux : nombres magiques106
      • 5.3.1 Nombres magiques106
      • 5.3.2 Couplage spin-orbite et modèle en couches108
      • 5.3.3 Quelques conséquences de la structure en couches des noyaux110
      • 5.4 Radioactivité bêta112
      • 5.5 Répulsion coulombienne et radioactivité alpha114
      • 5.5.1 Radioactivité alpha115
      • 5.5.2 Modèle de Gamow de l'émission alpha116
      • 5.6 Vallée de stabilité et désintégrations119
      • 5.7 Exercices120
      • 5.8 Bibliographie121
      • 6 Exploration de la matière nucléaire123
      • 6.1 Notion de section efficace123
      • 6.1.1 Définition de la section efficace123
      • 6.1.2 Calcul classique124
      • 6.1.3 Découverte du noyau126
      • 6.1.4 Généralités sur les sections efficaces126
      • 6.2 Calcul quantique à l'approximation de Born127
      • 6.2.1 Probabilités de transition127
      • 6.2.2 Fonctions tendant vers la distribution de Dirac128
      • 6.2.3 Etats asymptotiques ; normalisation des états129
      • 6.2.4 Passage à la limite du continu : section efficace de diffusion130
      • 6.3 Forme des sections efficaces132
      • 6.3.1 Forme générale132
      • 6.3.2 Diffusion de deux particules dans l'approximation de Born133
      • 6.4 Exploration des systèmes composés135
      • 6.4.1 Diffusion sur un état lié, facteur de forme135
      • 6.4.2 Diffusion coulombienne sur une distribution de charges138
      • 6.4.3 Distribution de charge dans les noyaux139
      • 6.4.4 Structure interne électrique et magnétique du patron et du neutron140
      • 6.4.5 Dissociation de l'état lié143
      • 6.5 Les résonances143
      • 6.5.1 Section efficace résonante144
      • 6.5.2 Exemples de sections efficaces résonantes146
      • 6.6 Exercices147
      • 6.7 Bibliographie148
      • 7 Radioactivité, applications149
      • 7.1 Généralités149
      • 7.2 Effets des rayonnements ionisants150
      • 7.2.1 Perte d'énergie d'une particule ionisée passant dans la matière151
      • 7.2.2 Pouvoir de ralentissement152
      • 7.3 Les prodiges de la médecine nucléaire152
      • 7.3.1 La thérapie par ions lourds, tumeurs du cerveau152
      • 7.3.2 La protonthérapie et les tumeurs oculaires154
      • 7.3.3 Autres rayonnements155
      • 7.4 Comment doser la radioactivité ?157
      • 7.5 Applications de la radioactivité dans le domaine civil159
      • 7.5.1 Conservation du patrimoine artistique et culturel159
      • 7.5.2 La datation160
      • 7.6 Bibliographie161
      • 7.6.1 Radioactivité161
      • 7.6.2 Effets biologiques des rayonnements ionisants162
      • 7.7 Exercices162
      • 7.8 Problème. Perte d'énergie d'une particule ionisée163
      • 7.8.1 Solution167
      • 8 Interactions électro-faibles, quarks et leptons171
      • 8.1 Désintégration, généralités171
      • 8.1.1 Largeur naturelle, taux de branchement171
      • 8.1.2 Calcul des taux de désintégration172
      • 8.1.3 Espace des phases et désintégration en deux corps173
      • 8.2 Désintégrations radiatives173
      • 8.2.1 Coefficients d'Einstein,174
      • 8.2.2 Radioactivité gamma des noyaux174
      • 8.3 Désintégrations faibles ; constante de Fermi175
      • 8.3.1 Désintégration du neutron176
      • 8.3.2 Radioactivité bêta des noyaux178
      • 8.4 Familles de quarks et des leptons179
      • 8.4.1 Universalité des interactions faibles des leptons179
      • 8.4.2 Les quarks179
      • 8.4.3 Quasi-universalité des interactions faibles des quarks183
      • 8.4.4 L'angle de Cabibbo184
      • 8.4.5 Matrice de Cabibbo, Kobayashi et Maskawa184
      • 8.4.6 Unification des interactions fondamentales185
      • 8.4.7 Conclusion186
      • 8.5 Exercices187
      • 8.6 Problème. Interactions des neutrons dans le Soleil, effet MSW.189
      • 8.6.1 Oscillations des neutrinos dans le vide189
      • 8.6.2 Interaction des neutrions avec la matière190
      • 8.6.3 Corrigé191
      • 8.7 Bibliographie195
      • 9 La fission197
      • 9.1 Energie nucléaire197
      • 9.2 Energie de fission198
      • 9.3 Produits de fission198
      • 9.4 Le danger de l'énergie différée dans un réacteur201
      • 9.5 Mécanisme de la fission, barrière de fission202
      • 9.6 Matériaux fissiles et matériaux fertiles205
      • 9.7 Réactions en chaîne, principe des réacteurs205
      • 9.8 Modérateur, ralentissement des neutrons208
      • 9.8.1 Divergence, masse critique210
      • 9.9 Les réacteurs nucléaires212
      • 9.10 Les réacteurs thermiques214
      • 9.11 Les réacteurs du futur218
      • 9.11.1 European Pressurized Reactors218
      • 9.11.2 La filière des réacteurs à neutrons rapides219
      • 9.12 Le combustible après utilisation222
      • 9.12.1 Déchargement, désactivation et transport du combustible222
      • 9.12.2 Le retraitement223
      • 9.12.3 Le stockage des produits de fission223
      • 9.13 La génération IV224
      • 9.14 Bibliographie225
      • 10 La fusion227
      • 10.1 Réactions de fusion227
      • 10.1.1 Barrière coulombienne, énergie « thermonucléaire »228
      • 10.1.2 Taux de réaction dans un milieu230
      • 10.1.3 Chauffage et confinement du plasma232
      • 10.1.4 Une condition nécessaire : le critère de Lawson233
      • 10.2 La fusion par confinement magnétique234
      • 10.3 Confinement Inertiel par Laser237
      • 10.4 Bibliographie240
      • Partie C. Semiconducteurs241
      • 11 Structure de bandes des semiconducteurs243
      • 11.1 Introduction243
      • 11.2 Electron dans un potentiel périodique simple244
      • 11.2.1 Particule dans un potentiel périodique244
      • 11.2.2 Bandes d'énergie247
      • 11.2.3 Propagation de l'électron dans le cristal249
      • 11.2.4 Réseau à trois dimensions251
      • 11.2.5 Effet d'une impureté dans un cristal252
      • 11.3 Etats quantiques de l'électron dans un solide cristallin256
      • 11.3.1 Formation de bandes d'énergie256
      • 11.3.2 Approximation des électrons indépendants257
      • 11.4 Métaux, isolants, semiconducteurs260
      • 11.5 Structure de bandes des semiconducteurs262
      • 11.6 Masses effectives265
      • 11.7 Exercices268
      • 11.8 Problème. Chaîne périodique et oscillations de Bloch268
      • 11.8.1 Le problème à deux sites269
      • 11.8.2 Les états stationnaires de la chaîne périodique infinie269
      • 11.8.3 Évolution sur la chaîne infinie270
      • 11.8.4 Les oscillations de Bloch271
      • 11.8.5 Corrigé272
      • 12 Semiconducteurs intrinsèques et extrinsèques279
      • 12.1 Introduction279
      • 12.2 Electrons et trous libres279
      • 12.3 Semiconducteurs intrinsèques281
      • 12.3.1 Cas non dégénéré281
      • 12.3.2 Cas dégénéré283
      • 12.4 Semiconducteurs extrinsèques284
      • 12.4.1 Donneurs et accepteurs284
      • 12.4.2 Bande d'impuretés288
      • 12.4.3 Densités de porteurs libres à l'équilibre thermodynamique288
      • 12.5 Exercices292
      • 13 Phénomènes de transport, jonction p -n295
      • 13.1 Introduction295
      • 13.2 Modèle de Drude296
      • 13.2.1 Conduction électrique296
      • 13.2.2 Diffusion des porteurs297
      • 13.3 Equation de Boltzmann299
      • 13.4 Mobilité dans les semiconducteurs300
      • 13.5 La jonction p - n301
      • 13.5.1 Potentiel électrostatique dans un semiconducteur inhomogène301
      • 13.5.2 La jonction p - n à l'équilibre thermodynamique301
      • 13.5.3 La jonction p - n hors d'équilibre304
      • 13.6 Exercices306
      • 14 Hétérostructures309
      • 14.1 Hétérostructures semiconductrices309
      • 14.1.1 Puits quantique311
      • 14.1.2 Hétérojonction à dopage modulé317
      • 14.1.3 Autres hétérostructures semiconductrices322
      • 14.2 Structures métal-isolant-semiconducteur323
      • 14.2.1 Structure MIS sans tension appliquée323
      • 14.2.2 Structure MIS soumise à une tension appliquée328
      • 14.2.3 Niveaux d'énergie électronique331
      • 14.2.4 Structure métal-semiconducteur333
      • 14.3 Problème. Le double puits quantique asymétrique335
      • 14.3.1 Structure des niveaux d'énergie en absence d'effet tunnel335
      • 14.3.2 Prise en compte de l'effet tunnel en physique ondulatoire336
      • 14.3.3 Champ électrique externe et mise à résonance des niveaux337
      • 14.3.4 Oscillation dans le double puits et émission de rayonnement338
      • 14.3.5 Corrigé339
      • 15 Propriétés optiques345
      • 15.1 Introduction345
      • 15.2 Conservation du vecteur d'onde et de l''énergie346
      • 15.3 Absorption, émission stimulée et émission spontanée348
      • 15.4 Emission stimulée et gain optique352
      • 15.5 Puits quantiques semiconducteurs353
      • 15.6 Exercices356
      • 15.7 Bibliographie357
      • 15.8 Problème. Etude d'une boîte quantique358
      • 15.8.1 Rappel : l'oscillateur harmonique uni-dimensionnel358
      • 15.8.2 La boîte quantique359
      • 15.8.3 Boîte quantique dans un champ magnétique360
      • 15.8.4 Etude expérimentale361
      • 15.8.5 Anisotropie d'une boîte quantique362
      • 15.8.6 Corrigé363
      • 16. Appendices373
      • 16.1 A. Théorème de Bloch, Réseau réciproque, Zone de Brillouin373
      • 16.2 B. Masse effective377
      • 16.3 C. Fonction de Fermi-Dirac ; Densité d'états379
      • 16.4 D. La jonction p - n381
      • 16.5 E. Recombinaison et longueur de diffusion394
      • 16.6 F. Transistors à effet de champ : MOSFET, TEGFET396
      • 17 Solutions des exercices399
      • Index409

  • Consultable à la Bpi