Magnetisme et superconductivité - Département de Physique de l'Ecole Normale supérieure

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Magnetisme et superconductivité

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Tél : 01 44 32 35 60
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Enseignant : Alain SACUTO
Chargé des TD : Yann GALLAIS
Physique de la matière condensée : Option
Physique macroscopique et complexité (ex physique des liquides) : Option
Physique quantique : Option
Physique théorique : Option
ECTS : 6
Langue d’enseignement : Anglais
Site web : www.mpq.univ-paris-diderot.fr/spip.php ?rubrique260

Descriptif du cours

Ce cours a pour objectif d’introduire le magnétisme et la supraconductivité en matière condensée. Une fois les concepts fondamentaux acquis ils seront illustrés par des thèmes de recherche actuels tels que la dynamique de spin, le magnétisme quantique ou encore les cuprates supraconducteurs. Les cours s’organiseront sur 12 séances de 2h (6 séances pour la partie magnétisme et 6 séances pour la partie supraconductivité) suivis de 12 séances des TDs.

I. Magnétisme

1) Magnétisme sans interaction

Courants et spin
Magnétisme des atomes isolés : règle de Hund, paramagnétisme de Van Vleck et diamagnétisme de Landau
Paramagnétisme de spin. Loi de Curie
Paramagnétisme de Pauli

2) Magnétisme en interaction

Interactions d’échange
Modèle de Champ moyen (Weiss).
Magnétisme des matériaux réels : anisotropie, super-échange et champ cristallin
Ordres magnétiques. Domaines. Micromagnétisme

3) Transition de phase et excitations

Approche de Landau des transitions de phase (rappel cf. cours de Phys. Stat,)
Transition de phase dans le modèle d’Ising
Magnons ferro et antiferromagnétiques
Dynamique de spin, résonances.

4) Introduction au magnétisme quantique

Etat fondamental du modèle d’Heisenberg : effet de la frustration et de la dimensionnalité
Modèle de Majumdar-Ghosh, états à liaison de valence et liquides de
spin
Thèmes et matériaux actuels de la recherche en magnétisme
quantique

II. Supraconductivité

1) Eléments historiques sur la supraconductivité et de ses manifestations macroscopiques (résistance nulle, effet Ochsenfeld-Meissner, lévitation dans certains cas)

2) Observations expérimentales choisies sur les supraconducteurs à basse et haute température critique (transport, absorption électromagnétique, diffusion inélastique de la lumière et des neutrons, effet tunnel).

3) Approche phénoménologique :

densité superfluide, longueur de cohérence, longueur de pénétration
supraconducteurs de type I et II
effet Josephson, marches de Shapiro

4) Théorie BCS

Instabilité de l’état normal en présence d’une interaction
attractive (paires de Cooper)
états fondamental et excité : le gap supraconducteur, énergie de condensation, les excitations de Bogoliubov, densité d’état
dépendance en température du gap supraconducteur, température critique

5) Applications aux supraconducteurs classiques :

une énergie de liaison d’origine électron-phonon
transport (conductivité thermique, chaleur spécifique, conductance
tunnel)
optique (Raman, IR, photoémission)
quelques éléments de comparaison expérimentale avec les cuprates supraconducteurs

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