Physics of Functional Materials

lmapr2014  2020-2021  Louvain-la-Neuve

Physics of Functional Materials
En raison de la crise du COVID-19, les informations ci-dessous sont susceptibles d’être modifiées, notamment celles qui concernent le mode d’enseignement (en présentiel, en distanciel ou sous un format comodal ou hybride).
5 crédits
37.5 h + 22.5 h
Q1
Langue
d'enseignement
Anglais
Thèmes abordés
Le cours est divisé en trois parties. La première partie donne une vue d'ensemble des matériaux fonctionnels, avec un accent particulier mis sur les matériaux ferroïques. La seconde partie porte sur les matériaux supraconducteurs. La troisième partie est dédiée aux matériaux pour l'optique.
Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :

1 Contribution du cours au référentiel du programme
Axe Nº1 : Socle de connaissances scientifiques et techniques : 1.1
Axe Nº3 : Compétences en R&D : 3.1 et 3.3
Axe Nº4 : Conduite de projet : 4.2, 4.3, et 4.4
Axe Nº5 : Communication efficace : 5.3, 5.4, 5.5 et 5.6
Axe Nº6 : Ethique et professionnalisme : 6.1, 6.4
Acquis d'apprentissage spécifiques au cours
À l'issue de ce cours, l'étudiant sera en mesure de :
  1. Citer les classes de matériaux en les illustrant d'exemples d'utilisation industrielle et dans la vie quotidienne;
  2. Expliquer la symétrie et l'origine microscopique des diverses propriétés directes et de couplage;
  3. Identifier et appréhender les divers domaines d'applications des matériaux ferroïques (ferromagnétisme, ferroélectricité, ferroélasticité);
  4. Identifier les notions de supraconductivité utiles pour l'ingénieur, les classes de matériaux utilisés et les principales applications;
  5. Relier les propriétés optiques des matériaux (notamment leur dépendance en fréquence) avec leur structure géométrique et électronique au niveau atomique;
  6. Expliquer les mécanismes physiques à la base des applications optiques industrielles;
  7. Citer, classifier et décrire les matériaux possédant des caractéristiques industrielles importantes en ce qui concerne leurs propriétés optiques.
 

La contribution de cette UE au développement et à la maîtrise des compétences et acquis du (des) programme(s) est accessible à la fin de cette fiche, dans la partie « Programmes/formations proposant cette unité d’enseignement (UE) ».
Contenu
La première partie présente les divers types de matériaux et leur classification par rapport à leur fonction. Une attention particulière est donnée à leur utilisation à l'échelle industrielle et dans la vie quotidienne. La symétrie des propriétés est discutée. Une approche thermodynamique est introduite pour distinguer les propriétés directes de celles de couplage. L'origine microscopique des propriétés directes est discutée ce qui permettra de voir / revoir / approfondir les notions de base sur les matériaux magnétiques (dia-, para-, ferro-, ferri-, et antiferro-magnétisme) et diélectriques (diélectriques polaires, ferroélectricité).
La seconde partie traite des matériaux supraconducteurs. Après un bref historique, les principaux faits expérimentaux et les divers matériaux supraconducteurs sont présentés. Un survol du cadre théorique (London, BCS, Ginsburg-Landau) est proposé en soulignant ses implications. L'utilisation de supraconducteurs est discutée pour le transport du courant et la production de champs magnétiques intenses. Les notions de courant et champs critiques, et de réseau de vortex sont introduites. Les caractéristiques courant/tension de jonctions supraconductrices sont décrites (effets Josephson), en insistant sur des applications concrètes, notamment la réalisation de détecteurs ultra-sensibles (SQUID) et de dispositifs à haute fréquence.
La troisième partie traite des matériaux à propriétés optiques dont les applications se retrouvent dans la vie quotidienne. Les phénomènes d'absorption, d'émission et de propagation dans les milieux condensés seront étudiés en détail. La théorie sera illustrée par l'analyse de divers cas-types choisis parmi les diodes électroluminescentes (y compris leur rayonnement LASER), la propagation et l'amplification dans les système basés sur des fibres optiques, les cellules photovoltaïques, les LASERs basés sur des cristaux dopés, les concentrateurs solaires et matériaux transparents conducteurs.
Méthodes d'enseignement

En raison de la crise du COVID-19, les informations de cette rubrique sont particulièrement susceptibles d’être modifiées.

Le cours est organisé autour de projets à réaliser en groupe de 5-6 étudiants. Les divers projets sont introduits lors d'un cours magistral (qui pourrait être en distanciel) au début du quadrimestre. Les groupes discutent de leur projet chaque semaine avec un des titulaires (ces rencontres sont également l'occasion pour ce titulaire d'apporter un coaching au niveau des compétences relatives aux axes 3-6 des AA). Ils devront remettre un rapport en anglais et en faire une présentation orale (qui pourrait être une vidéo) devant leurs collègues et les titulaires du cours. Les rapports seront lus par les collègues et feront l'objet d'une séance de questions/réponses lors de la présentation orale.
Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

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Les compétences des étudiants, aussi bien scientifiques et techniques (Axe N°1) que relatives aux autres axes du référentiel (communication, conduite de projet…) seront évaluées:
  1. en groupe sur base d'un rapport du travail effectué et de la présentation orale faite devant leurs collègues (typiquement entre les semaines 9 et 13 du quadrimestre);
  2. individuellement en fonction de leur participation active aux réunions de groupe hebdomadaires en présence du titulaire (évaluation continue);
  3. individuellement et par écrit via des quizz suivant les présentations orales des autres groupes (donc aussi en dehors de la période d'examen);
  4. individuellement et par écrit sur base des objectifs particuliers annoncés précédemment (durant la période d'examen). L'examen écrit portera sur les matières présentées par les autres groupes.
En raison de la crise COVID-19, les spécificités des évaluations sus-mentionnées pourraient être modifiées. Les enseignants se réservent le droit d’interroger oralement en cas de suspicion de fraude lors de l’examen écrit, avec modification adéquate de la grille de cotation.
Autres infos
Ce cours suppose acquises les notions de base en sciences des matériaux, en physique quantique, en physique statistique, et en physique des matériaux (dispensées par exemple dans les cours LMAPR1805, LMAPR1491, et LMAPR1492).
Ressources
en ligne
Bibliographie
Des livres de support sont disponibles à la BST.
Support de cours
  • Sur Moodle, sont disponibles : les directives, les transparents/syllabus de support, les rapports des années précédentes.
Faculté ou entité
en charge
Force majeure
Méthodes d'enseignement
Les réunions avec les professeurs se feront via Teams.
Modes d'évaluation
des acquis des étudiants
L'évaluation écrite sera remplacée par une évaluation à distance. Les étudiants prépareront leurs réponses à des questions par écrit (moyennant une supervision via Teams) et seront interrogés oralement par les enseignants.


Programmes / formations proposant cette unité d'enseignement (UE)

Intitulé du programme
Sigle
Crédits
Prérequis
Acquis
d'apprentissage
Master [120] : ingénieur civil physicien

Master [120] : ingénieur civil en chimie et science des matériaux

Master [120] en sciences physiques

Master [120] : ingénieur civil biomédical