exercices de physique quantique
14764 mots
60 pages
2014-2015Travaux Dirigés
Mécanique quantique
Physique des solides
Semiconducteurs
CSI3 – U3
Enseignants : I. Lefebvre, X. Wallart, B. Grandidier, J.F. Robillard, C. Croënne, A. Devos, C.
Delerue
Introduction à la dualité onde-corpuscule
Relations de De Broglie
A la fin du XIXème siècle, la Physique Classique se divisait en 2 domaines :
- la Physique des particules et des solides régie par les lois de la Mécanique
Classique développées depuis Newton (XVIIème siècle)
- La Physique ondulatoire reposant essentiellement sur les équations de MaxwellLorentz (milieu du XIXème).
Mais au début du XXème siècle, les progrès accomplis dans la connaissance des objets microscopiques vont bouleverser l’édifice classique. Parmi les nombreuses expériences réalisées, deux d’entre elles illustrent bien l’insuffisance des concepts classiques et la nécessité des concepts peu à peu introduits dans la Mécanique Quantique : l’effet photoélectrique et la diffraction d’électrons.
Dans le cas de l’effet photoélectrique, Einstein en 1905 démontre que l’interaction rayonnement-matière ne peut s’expliquer dans le cadre de la théorie ondulatoire mais nécessite une interprétation corpusculaire. En effet, lors de l’interaction avec la matière, tout se passe comme si le rayonnement était constitué de grains d’énergie hν appelés photons.
A l’inverse, les résultats de l’expérience de Davisson et Germer sur la diffusion d’un faisceau d’électrons par des solides ne peuvent s’interpréter en considérant les électrons comme des particules chargées régies par les lois de la Mécanique Classique. Les diagrammes de diffraction observés imposent d’associer une onde aux électrons. On peut alors, à partir des résultats expérimentaux, déterminer la longueur d’onde associée aux électrons : cette dernière s’avérera en parfait accord avec l’hypothèse de De Broglie.
Ce type d’expériences (et bien d’autres) conduiront à une description mixte des phénomènes, associant aspect corpusculaire et ondulatoire : c’est