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Structure de la matière condensée Sylvain Ravy Synchrotron SOLEIL L’Orme des me

Structure de la matière condensée Sylvain Ravy Synchrotron SOLEIL L’Orme des merisiers, St Aubin 91192 Gif/Yvette ravy@synchrotron-soleil.fr www.lps.u-psud.fr/Utilisateurs/ravy/ Master M2 : Physique de la matière condensée • Structure de la matière condensée (S.R.) • Ordre, symétrie, applications • Structure des cristaux • Interaction matière-quanton (S.R.) • Rayons X, neutrons, électrons • Application aux matériaux désordonnés (B.D.) • Cristaux liquides • Polymères Plan du cours • Ouvrages généraux • N.W. Ashcroft & N.D. Mermin. Solid State physics, HRW International Editions (1976). (Chap. 4,5,6,7, 24, 33) • C. Kittel. Physique de l’état solide. Fr:Dunod (1995) En:Wiley (2004) (Chap. 1,2,3) • P.M. Chaikin & T. Lubenski. Principles of condensed matter physics. Cambridge University Press (1995). • Feng D., Jin G. Introduction to condensed matter physics. World Scientific (2005). Bibliographie-1 Physique des solides Physique de la matière condensée • Ouvrages spécialisés • J. J. Rousseau. Cristallographie géométrique et radiocristallographie, Dunod, Paris 2000. • A. Guinier. Les rayons X, Que sais-je, PUF. • La structure de la matière : du ciel bleu à la matière plastique Hachette, Paris 1980. • X-ray diffraction. Dover Publication 1963. • B. K. Vainshtein. Fundamentals of Crystals (Vol. 1,2) Springer Verlag 1994. • J. Als-Nielsen & D. MacMorrow. Element of Modern x-ray crystallography. Wiley, N.Y. 2000. • C. Janot. Quasicrystals: a primer. Oxford Science publications 1994. • G. Venkataraman. Beyond the crystalline state. Springer Verlag 1989. • G.L. Squires. Introduction to the theory of thermal neutron scattering. Dover publications 1976. • J. Sivardière. La symétrie en mathématiques, physique et chimie, PUG, Grenoble 1995. • J. F. Nye. Propriétés physique des cristaux. Dunod, Paris 1981. • Cours HERCULES, Editions de physique, 1994 Bibliographie-2 Historique-1 La préhistoire • 1611 : Johannes Kepler « L’Étrenne ou la neige sexangulaire » Symétrie 6 des flocons due à de petits sphères (Comme les alvéoles des ruches) -> Empilements compacts cubiques et hex. • 1665 : Robert Hooke Dans « Micrographia » suggère l’existence de sphéroïdes qui s’empilent pour former des cristaux • 1669 : Nicholas Steno Loi de constance des angles… dans le quartz. • 1772 : J.B. Romé de l’Isle Loi générale de constance des angles • 1781 : René-Just Haüy Forme extérieure d’un cristal reflète sa structure intérieure périodique. « Père » de la cristallographie. • 1849 : Auguste Bravais Etablit l’existence de 14 types de réseaux • ~1880 : Sohnke puis Schönfliess et Fedorov Trouvent les 230 groupes d’espace Et aussi… Pasteur (asymétrie) Historique 1 : La classification • 1895 : Wilhelm Conrad Röntgen Découvre les rayons X. • 1896 : Henri Becquerel Découvre la radioactivité de l’uranium. • 1897 : Joseph John (J.J.) Thomson Découvre l’électron, mesure q/m. Le tube de Crookes Mort de la physique classique Main (baguée) de Mme Röntgen Film impressionné par un sel d ’U Historique 2 : Les découvertes • 1912 : Max Von Laue, Friedrich, Knipping Première expérience de diffraction des rayons X. • 1913 : William Henry et William Lawrence Bragg Détermination des première structures cristallines. NaCl, ZnS, FeS2, CaF2, CaCO3… • 1927 : Davisson et Germer : Diffraction des électrons ZnS : blende CuSO4 • Les rayons X sont des ondes • Le cristal est un arrangement périodique d’atomes • Les électrons sont des ondes Historique 3 : Les preuves • 1926-35 : J.B. Sumner, J.H. Northrop, W. S. Stanley Cristallisation d’enzymes, et du virus de la mosaïque du tabac. • 1953 : James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins Rosalind Franklin La double hélice de l’ADN. • 1960-62 : John Kendrew, Max Perutz Structure des macromolécules biologiques (myo/hémoglobine). Virus x 376000 hémoglobine ADN Cliché X de l’ADN (R.F.) Historique 4 : La biologie • Rayonnement dû à l’accélération d’une particule chargée relativiste • Liénard 1898 ; Iwanenko et Pomeranchuk 1944 •1947 : F. Elder, R. Langmuir et H. Pollock • 1912 : tube de coolidge • 1960 : tube à anode tournante 1947 Première observation de lumière synchrotron 70 MeV GE, Schenectady, NY • Rayonnement synchrotron : brillance et accordabilité • 1968 Tantalus 1, WI USA, 1971 LURE, Orsay • 30 centres de rayonnement synchrotron dans le monde (10 Asie, 10 Europe, 10 Amériques) • Sources de 3e génération (ESRF, APS, SpRing8) • 2007 : Synchrotron-SOLEIL, ST Aubin. • Sources de 4e génération (XFEL): USA, Japon, Europe a e- Historique 5 : Les grands instruments Les centres de rayonnement synchrotron SOLEIL (2,75 GeV) ESRF (6 GeV) • 1932 : James Chadwick • Découverte du neutron (Nobel 1935) • 1942 : Enrico Fermi (Nobel 1938) • Propose d’utiliser les neutrons pour étudier les solides • 1944 : Réacteur d’Oak Ridge TN, USA • 1945 : Première expériences de diffraction de neutrons sur une poudre NaCl • 1950 : Diffusion magnétique des neutrons, E. Wollan & C. Schull (Nobel 1994) • 1955 : Diffusion inélastique des neutrons, Bertram Brockhouse (Nobel 1994) 1971 Institut Laue-Langevin, ILL (Grenoble) 1974 Laboratoire Léon Brillouin, LLB, Saclay • Interaction avec tous les noyaux • Interaction magnétique • Energie ~300 K : dynamique Historique 6 : Les grands instruments Les piles à neutrons Sources pulsées: • SNS (USA) • JNSN (Japan) • ESS ? • 1960-70 : Méthodes directes Jerome Carle et Herbert Hauptman (Nobel 1985) • 1960-1970 : Cristaux incommensurables Structures apériodiques • 1984 : Les quasicristaux D. Schechtman, I. Blech, D. Gratias, et J. W. Cahn Structures non périodiques de symétrie inderdite • 1982 : Gerd Binnig et Heinrich Rohrer (Nobel 1986) Le microscope à effet tunnel (STM) -> Nanophysique 1985 : Fullerènes (Kroto, Curl, Smalley), 1988 : Magnétorésistance géante (A. Fert) Quasicristal dodécaédrique Diffraction par un quasicristal AlNiCo décagonal Surface de Si(111) Atomes de Fe sur Cu(111) Historique 7 : Développements et surprises uploads/Sante/ cours-1-s.pdf