MASTER RECHERCHE 2
Spécialité
"MATERIAUX ET MATIERE"
Mention : Physique, Electronique
Domaine : Sciences-Santé-Technologies
*****
2 options :
- Matériaux et Composants
- Physique Subatomique
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Sommaire:
Objectifs
Organisation de la formation
Laboratoires d'accueil
Responsables, Renseignements, Inscription
Débouchés, métiers
OBJECTIFS :
Fournir une formation de base solide en Physique des Matériaux, Physique Nucléaire et Physique subatomique, en vue d'une insertion dans l'Industrie, la Recherche ou l'Enseignement.
ORGANISATION DE LA FORMATION :
1er Semestre (Septembre à Janvier) - Formation théorique
Formation théorique dispensée sous forme de modules pour un volume total de 150 h. Chaque module dure 15 h et correspond à 3 crédits ECTS.
Les cours sont regroupés en un Tronc commun de 3 modules et deux Options de 7 modules. Le choix de l'Option est fixé à la rentrée scolaire (une option n'est ouverte que pour un minimum de 5 étudiants inscrits).
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MM1 : Interaction rayonnement-matière
MM2 : Nano-physique, nano-composants
MM3 : Symétries et interactions
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MC1 : Propriétés,
physique et applications des couches minces
MC2 : Elaboration de couches minces
MC3 : Nanomatériaux, nanostructuration
MC4 : Composants photoactifs
MC5 : Composants MEMS et MOEMS
MC6 : Techniques de microcaractérisation I
MC6-1 : Caractérisation des surfaces
MC6-2 : Spectroscopies vibrationnelles
et optiques
MC6-3 : Microscopies
MC7 : Techniques de microcaractérisation II
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PS1 : Détection des rayonnements
ionisants
PS2 : Du signal au traitement des données
PS3 : Interactions à hautes
énergies
PS4 : De l'électrodynamique
à la chromodynamique
PS5 : Le modèle standard
PS6 : Modèles dynamiques des
collisions d'ions lourds
PS7 : Approfondissement et ouverture
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Modules MC6 et MC7 : deux modules parmi les 3 suivants seront ouverts d'une année sur l'autre :
MC6-1 : Caractérisation des surfaces
MC6-2 : Spectroscopies vibrationnelles et optiques
MC6-3 : Microscopies
2ème Semestre (Février à Juin)
- Stage de recherche
Les stages proposés par les laboratoires
d'accueil du Master Recherche peuvent revêtir un caractère
fondamental ou porter sur des cas concrets . Ils peuvent s'effectuer
en milieu industriel.
Le stage donne lieu à un rapport et à une soutenance.
Il est crédité de 30 ECTS.
Tronc commun
MM1 : Interaction rayonnement-matière
Responsable : Olivier CHAUVET
Enseignants : Olivier CHAUVET (7h30), Philippe EUDES
(7h30)
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| Objectifs |
Ce module a pour but de familiariser l'étudiant avec les deux aspects de l'interaction rayonnement matière. Le premier, tourné vers le rayonnement, vise à donner les connaissances de bases indispensables pour comprendre la physique de la détection et le principe de fonctionnement de tous les types de détecteurs en physique subatomique dans les différents domaines en énergie. Le second, tourné vers la matière, vise à introduire les méthodes spectroscopiques utilisées en sciences des matériaux. |
| Plan |
A- Interaction rayonnement/matière : Qu'arrive-t-il à la particule ? Applications à la détection en physique subatomique
I - Rappels succincts sur la notion de section efficace
II - Origine des rayonnements ionisants
III - Interaction des particules chargées- matière
IV - Interaction photons gamma-matière
V - Gerbes électromagnétiques et gerbes hadroniques
VI - Interaction neutrons-matière
B- Interactions rayonnement/matière : Qu'arrive-t-il à la matière ? Applications à la spectroscopie en sciences des matériaux
I- Rappels formels
a- probabilité de transition
b- Interaction champ électromagnétique-matière, approximation semi-classique
c- Manifestations de l'interaction rayonnement/matière dans les matériaux
II- Spectroscopies électroniques : des niveaux de valence vers les niveaux profonds
III- Spectroscopies vibrationnelles
IV- Spectroscopies magnétiques |
| Pré-requis |
- Les notions de bases de physique nucléaire : réactions nucléaires induites, les différents types de désintégrations radioactives
- Cinématique classique (désintégrations, diffusions élastique et inélastique) et relativiste (diffusion Compton, diffusion élastique)
- Notion de sections efficaces totale, partielle, différentielle
- Notions de base structure atomique, structure électronique des solides, liaison chimique |
| Conseils de lecture |
- W. R. LEO, Techniques for nuclear and particle physics experiments, chapitres 1 et 2, Springer-Verlag, ISBN 0 387 57280 5
- G.F. KNOLL, Radiation detection and measurement, chapitres 1 et 2, Wiley, ISBN 0 471 61761 X -
Ces deux ouvrages sont des livres de références pour un physicien expérimentateur et seront également utilisé pour les modules PS1 et PS2 |
MM2
: Nano-physique, nano-composants
Responsable : Jean-Pierre LANDESMAN
Enseignants : Jean-Pierre LANDESMAN (10h30), Olivier CHAUVET (4h30) |
| Objectifs |
Tenter de donner un aperçu de la physique et des recherches effectuées dans ce domaine qui est à " l'interface " entre les études fondamentales sur le comportement de particules (électrons, photons) dans des systèmes confinés et les études appliquées sur l'utilisation des différents concepts dans des composants (semi-conducteurs ou autres) dont certains ont déjà aujourd'hui des utilisations très larges. |
| Plan |
Chapitre 1 : Fondamentaux et confinement
- Physique des systèmes confinés " dans une boîte "
- Quelques mots sur la réalisation pratique de tels systèmes
- Formalisme de la fonction enveloppe à 2, 1 et zéro dimension(s)
- Calculs simples du spectre des états électroniques dans un système confiné
- Relations de dispersion, lien avec les densités d'états
Chapitre 2 : Confinement des photons - applications aux lasers à semi-conducteurs
- Approche simple du confinement de photons dans une cavité : miroirs de Bragg, cavité Fabry-Perot
- Concept de crystal photonique et réalisations
- Un exemple de composant utilisant les concepts décrits précédemment : laser à semi-conducteur à puits quantique, à fil quantique, à boîte quantique (principes, réalisations technologiques, applications)
Chapitre 3 : Comportement des électrons dans des systèmes confinés
- longueurs caractéristiques
- Transport ballistique, transport diffusif
- Approche de Landauer Buttiker, quantification de la conductance
- Interférences quantiques
- Interactions coulombiennes, SET
- Boites quantiques |
| Pré-requis, conseil de lecture |
à Mécanique quantique, physique du solide, composants semi-conducteurs |
MM3
: Symétries et interactions
Responsable : Taklit SAMI
Enseignants : Taklit SAMI (15h) |
| Objectifs |
Donner une vision claire de l'importance des symétries en Physique : Liens entre les symétries et les invariances d'un système, symétries et lois de conservation, symétries imposées et interactions…. Un certain nombre d'exemples seront étudiés. En passant une étude de certains groupes en Physique. |
| Plan |
Symétries et lois de conservation : exemples
Symétries exacte, approchée et brisée
Symétries et interactions : Spectroscopie, parité et violation
Définitions et quelques exemples de groupes finis. Groupes de Lie, représentations.
Exemples de groupes continus : rotations, SU(2), SU(3). |
| Pré-requis, conseil de lecture |
Quarks et leptons (Halzen et Martin) la symétrie moléculaire (D.S. Schonland), Feynman, Bjorken and Drell…. |
Option Matériaux et Composants
MC1:
Propriétés, Physique et Applications des
couches minces
Responsable : Abdjou DJOUADI
Enseignants : Jean-Luc DUVAIL (6h) - Abdou DJOUADI (9h) |
| Objectifs |
Ce module a pour objectif de donner un aperçu de la physique, des propriétés spécifiques et des applications de couches minces allant de l'amorphe aux couches épitaxiées.
Les propriétés donnant lieu à des applications émergeantes tendant à dépasser les limites actuelles des composants seront privilégiées. |
| Plan |
I- Introduction : propriétés spécifiques des couches minces et leur apport aux domaines technologiques : Pourquoi passer des matériaux massifs aux couches minces ? Besoin de miniaturisation seulement ou bien propriétés exaltées ? (1.5 h)
II- Propriétés électriques et magnétiques des couches minces et multicouches (9h)
-Couches minces conductrices et couches minces magnétiques. Rappels, cas général et techniques de caractérisation pour l'étude de films ultra-minces.
-Modification des propriétés magnétiques aux faibles épaisseurs ainsi qu'aux interfaces entre métaux.
-Propriétés spécifiques au caractère stratifié des multicouches (métal magnétique/métal non magnétique)
-Application des couches minces magnétiques à l'enregistrement de données à haute et très haute densité.
-Couches minces diélectriques (high K, low K), supra conductrices : propriétés et techniques de caractérisation.
-Couches minces piézoélectriques, ferroélectriques, thermoélectriques et leur application à la réalisation de dispositifs.
III- Propriétés mécaniques et thermiques des couches minces et multicouches (3h)
- Notions de base et techniques de caractérisation de la nanodureté, module d'Young, conductivité thermique, contraintes intrinsèques et adhérence des couches minces.
-Alliages à mémoire de forme à base de couches minces et leur application à la réalisation de micro-dispositifs.
IV- Matériaux en couches minces émergeants (1.5 h). |
| Pré-requis, conseil de lecture |
Cours de Licence et Maîtrise, propriétés des matériaux massifs. |
MC2
: Elaboration de Couches Minces
Responsable : Agnès GRANIER
Enseignants : Raynald SEVENO (6h) - John KESSLER (4h30) - Agnès GRANIER (4h30) |
| Objectifs |
Donner un aperçu des principales techniques d'élaboration de couches minces (procédés en phase liquide et en phase vapeur, assisté ou non par plasma). Pour chaque technique, on cherchera à dégager les principes de base, ses spécificités, ses atouts et ses limites. |
| Plan |
Introduction (1 cours) :
De la couche amorphe, couche polycristalline à la couche épitaxiée; quelques généralités sur les préparations de surface, les interfaces…
Techniques de dépôt par voie chimique (3 cours) :
Dépôts par solution chimique (CSD), dépôts en bain chimique, électrodéposition
Techniques de dépôt sous vide (3 cours) :
- notions sur le vide
- dépôts physique en phase vapeur : par évaporation, par ablation laser (PLD), épitaxie par jet moléculaire (croissance épitaxiale), pulvérisation ionique…
- dépôt chimique en phase vapeur (CVD) : généralités
Techniques de dépôt sous vide assistées par plasma (3 cours):
- plasmas froids pour le dépôt de couches minces
- pulvérisation assistée par plasmas (décharge diode DC, magnétron, pulvérisation réactive)
- dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD)
Bilan comparatif des différentes méthodes : avantages/inconvénients, potentialités/limites... selon nature du substrat, de la nature de la couche à déposer....
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MC3
: Nanomatériaux, Nanostructuration
Responsable : Jean-Luc DUVAIL
Enseignants : Jean-Luc DUVAIL (9h) - Christophe CARDINAUD
(6h) |
| Objectifs |
Ce cours davantage orienté vers la fabrication de Nanomatériaux se positionne en complément du module Tronc Commun TC2 axé sur les propriétés des Nanomatériaux. Du point de vue de la fabrication/mise en forme des nanomatériaux, on distingue deux approches : soit le matériau est synthétisé directement sous sa forme nanométrique (approche bottom-up), soit une couche mince subit une mise en forme par nanostructuration (approche top-down). Ces deux approches sont abordées.
En première partie, l'accent est mis sur les structures nanofilamentaires synthétisées en l'état : nanotubes de carbone (et dérivés), nanofils et nanotubes conducteurs ou semiconducteurs, organiques ou inorganiques. Outre la description des techniques de synthèse, les propriétés et applications de ces structures nanofilamentaires sont abordées.
La seconde partie, axée sur la nanostructuration, a pour objectif d'initier les étudiants aux techniques de mise en forme des matériaux en couches minces utilisées pour l'élaboration des composants électroniques et optoélectroniques. Une place particulière sera faite à l'exposé des principes physiques et chimiques mis en jeu, et aux développements récents des techniques pour les composants nanométriques. |
| Plan |
Introduction
Les échelles concernées ; quels effets peut-on attendre des nanomatériaux (intérêts) :
- confinement classique ou quantique - multiplication des surfaces et interfaces
- intensification des interactions et couplages entre composants. Présentation des grandes familles de nanomatériaux.
1. Nanomatériaux filamentaires
1.1 Introduction
approches bottom-up : généralités ; principales voies utilisées
1.2 Nanotubes de carbone
1.2.a Synthèse et structure des nanotubes
1.2.b Propriétés des NTC ; domaines d'application
1.2.c Autres types de nanotubes (BCN, MoS2, …)
1.3 Nanofils et nanotubes par la méthode template
1.3.a La méthode " template " : principe, templates nanoporeux, Si poreux ; autres approches template
1.3.b Nanofils magnétiques ; nanofils de semi-conducteurs
1.3.c Nanotubes et nanofils de polymères conducteurs
1.4 Auto-assemblage de nanoparticules
1.4.a voie physique : champs électrique, magnétique ; forces électrostatiques, micro-fluidique
1.4.b voies chimiques, biologiques
2. Nanostructuration - mise en forme des matériaux
2.1 Lithographies
Principe général
Lithographies conventionelles (photo & électrolithographie - évolution future)
Nouvelles lithographies (nanoimpression, microcontact…avenir de ces techniques) ; Lift-off
2.2 Gravure plasma
Principe de la gravure plasma
Dispositifs expérimentaux
Plasmas de gravure : physico-chimie - bombardement ionique
Mécanismes d'interaction plasma - surface (chimique, ionique, assistés par ions, modèles …)
Réalisation de motifs submicroniques et nanométriques (effets des paramètres, problèmes…) |
| Pré-requis, conseil de lecture |
Physique des Solides ; Optique ondulatoire ; Electromagnétisme
Introduction à la Physique des Solides (Kittel) ; Physique des Matériaux (Traité des Matériaux n°8 ; Gerl, Issi) ; + avancé :Solid State Physics (Ashcroft, Mermin) |
MC4
: Composants photactifs
Responsable : Thien-Phap NGUYEN
Enseignants : Thien-Phap NGUYEN (9h) - Nicolas BARREAU
(6h) |
| Objectifs |
Donner aux étudiants un aperçu sur les composants électroniques traditionnels ou nouveaux qui sont utilisés dans les applications d'émetteur de lumière ou de conversion de l'énergie lumineuse en énergie électrique. Une base de physique expliquant les processus physiques mis enjeu accompagne les applications de ces dispositifs dans les divers domaines. |
| Plan |
- Notions de base de la physique des composants .
- Processus d'émission de lumière dans les semiconduteurs, diodes électroluminescentes
- Les dispositifs électroniques d'affichage : Diodes électroluminescentes inorganiques et organiques, les cristaux liquides.
- Rayonnement solaire , effet photovoltaïque.
- Absorption et photogénération des porteurs de charge. Paramètres fondamentaux des cellules photovoltaïques. |
| Pré-requis, conseil de lecture |
Des connaissances de base sur la Physique des composants (semiconducteurs, jonction pn) |
MC5
: Composants MEMS et MOEMS
Responsable : Hartmut GUNDEL
Enseignants : Pierre-Yves TESSIER (4h30) - Hartmut GUNDEL (10h30) |
| Objectifs |
Instruire les bases de connaissance scientifiques et technologiques des micro-systèmes. Résumer l'état d'art de réalisation de MEMS et MOEMS et donner quelques exemples d'application. |
| Plan |
· Introduction (définitions, classifications, aspects économiques)
· Technologies d'élaboration des micro-systèmes (dépôts, photolithogravure, design des masques, "lift-off", "lift-on", micro-usinage, scellement, connectique, encapsulation)
· Exemples de réalisation technologiques
· Micro-actuateurs (actuateurs piézoélectriques et thermiques, microstimulateurs)
· Micro-capteurs (capteurs thermiques, chimiques, mécaniques et optiques)
· Fonctions optiques (sources, guides d'onde, modulateurs, …)
· Micro-systèmes incluant essentiellement des composants mécaniques (MEMS)
· Micro-systèmes incluant également des composants optiques (MOEMS)
· Systèmes intelligents |
| Pré-requis, conseil de lecture |
Pas de pré-requis particulier si un étudiant a suivi le Master 1 à Nantes. Quelques notations du Module MC1 sur les propriétés diélectriques, piézo-électriques et ferroélectriques seront utiles. |
| MC6 - Techniques de microcaractérisation |
MC6-1
: Caractérisation des surfaces
Responsable : Christophe CARDINAUD
Enseignants : Jean-Luc CHARTIER (7h30) - Christophe CARDINAUD/Vincent FERNANDEZ (7h30) |
| Objectifs |
Ce module a pour objectif de présenter quelques méthodes usuelles de caractérisation des surfaces et des matériaux en couche mince.
Ce module est assuré dans l'esprit suivant. Pour chaque méthode d'analyse, on précisera les principes de base (interaction avec la matière), les dispositifs expérimentaux (importance de la chaîne expérimentale: sources, analyseurs, détecteurs...), les informations obtenues et les limites (physiques, expérimentales...). Cette présentation sera illustrée par des cas concrets. |
| Plan |
1 Généralités sur les méthodes d'analyse de surface
1.1 Qu'est ce qu'une surface ? Quel volume analyse-t-on ?
1.2 Principes généraux des techniques d'analyses de surface
1.3 Comparaison de différentes techniques (certaines sont vues dans les modules M6-2 et M6-3)
1.4 Notion de sensibilité (concentration, surface…)
2 Spectrométrie d'électrons
2.1 Spectrométrie de photoélectrons (XPS)
2.1.1 Principe de la technique : photoémission, appareillage, mesure de l'énergie
2.1.2 Notion de déplacement chimique, analyse physico-chimique
2.1.3 Notion de libre parcours moyen, sensibilité en surface
2.1.4 Analyse quantitative
2.1.5 Imagerie chimique
2.1.6 Exemples d'application
2.2 Spectrométrie d'électrons Auger
2.2.1 Principe - comparaison avec l'XPS, complémentarité des techniques
3 Spectrométrie d'ions
3.1 Interactions ions-matière : généralités, méthodes de caractérisation associées
3.2 La rétrodiffusion élastique ou RBS (Rutherford Backscattering Spectroscopy)
3.2.1 Concepts physiques de base : facteur cinématique (énergie de rétrodiffusion), section efficace de diffusion, section efficace d'arrêt.
3.2.2 La spectrométrie de rétrodiffusion : perte énergétique (échelle de profondeur) ; hauteur de spectre (stœchiométrie) ; caractéristiques du spectre et informations obtenues
3.2.3 Exemples d'applications : profondeur d'implantation, épaisseur et composition d'un film mince, rôle d'un recuit sur un tel film…channeling…
3.2.4 Dispositif expérimental
3.3 Spectroscopie d'ions secondaires (SIMS)
3.3.1 Introduction et notions de base : phénomène de pulvérisation
3.3.2 Le courant ionique secondaire : facteur d'ionisation, détectabilité, effet de matrice…
3.3.3 Exemples : informations obtenues et difficultés
3.3.4 Instrumentation
4 Ellipsométrie
4.1 Principe de la technique : échantillon semi infini, cas d'une ou plusieurs couches minces
4.2 Analyse des données : matériaux références, lois de dispersion, milieu effectif
4.3 Exemples d'application, discussion sur la sensibilité, contrôle dynamique de procédé |
| Pré-requis, conseil de lecture |
Electromagnétisme, Mécanique quantique/interaction rayonnement matière (vu en MM1)
Méthodes avancées de caractérisation des surfaces, D. David, Eyrolles, 1992.
Surface, Interfaces et Films Minces - observation et analyse, B. Agius, M. Froment, Dunod, 1990. |
MC6-2
: Spectroscopies vibrationnelles et optiques
Responsable : Eric FAULQUES
Enseignants : Eric FAULQUES (7h30) - Jean-Pierre BUISSON (7h30) |
| Objectifs |
Ce module a pour but de donner à l'étudiant les bases nécessaires à l'interprétation des spectres de vibrations (Raman et infrarouge) et des spectres optiques (absorption, photoluminescence). Le cours donne les connaissances théoriques indispensables pour l'interprétation des spectres, décrit les phénomènes mis en jeu (absorption, diffusion, émission), et détaille les instruments utilisés dans les expériences. Une courte introduction à la spectroscopie résolue en temps, nouvelle technique mise place à Nantes, termine ce module. |
| Plan |
C- Symétries et Vibrations dans la matière : Rappels et notions de base
I- Théorie des représentations
a- groupe de symétrie ponctuels
b - caractères-Exemples
II- Vibrations moléculaires
a- coordonnées internes et normales
b- oscillateur harmonique
c- types de vibrations
d- classification des modes de vibrations en représentations irréductibles
III-Règles de sélection
a - Raman/IR
b- transitions optiques électroniques
IV- Vibrations dans les solides
a- phonons
b- relations de dispersion
V- Fonction diélectrique
a- définition, modes LO et TO, Relation LST
b- relation de Fresnel
c- reflectance
D- Interactions lumière/matière :absorption, diffusion, émission. Instruments.
I- Absorption
d- loi de Beer-Lambert, Moment dipolaire
e- absorption optique
f- absorption infrarouge
II- Emission : application à la photoluminescence
III- Diffusion : application à la diffusion Raman
a- Polarisabilité, moment dipolaire induit
b- spectroscopie Raman
IV- Instrumentation
a- réseaux, monochromateurs, detecteurs
b- interférométrie
c- microspectroscopie
d- spectroscopie résolue dans le temps |
| Pré-requis conseil de lecture |
- Les notions concernant les ondes électromagnétiques et leur propagation (longueur d'onde, vecteur d'onde, equation d'onde..). Notions d'optique: refraction, reflexion, diffraction, diffusion.
- Notions de chimie : électrons, noyaux, liaisons chimiques, orbitales, équation de Schrödinger.
- Notions de physique du solide : structure de bandes et notions de mécanique (vibrations).
- N.B. Colthup, L.H. Daly, S.E. Wiberley, Introduction to Infrared and Raman spectroscopy, chapitres 1 à 4, 1990, Academic Press , ISBN 0-12-182554-X.
- Chabanel et Gressier - Liaison chimique et spectroscopie - Ellipses, 1991 .
- J.C. Grasselli, B.J. Bulkin, Analytical Raman spectroscopy, tous chapitres , 1991 Wiley, ISBN 0 -471- 51955-3 |
MC6-3
: Microscopies (non
enseigné en 2007/2008)
Responsable : Guy LOUARN
Enseignants : Patricia BERTONCINI (7h30) - Stéphane
CUENOT (7h30) |
| Objectifs |
Aujourd'hui les techniques de microscopie électronique et à champ proche sont devenues l'instrumentation indispensable pour la caractérisation des matériaux, de l'échelle micrométrique jusqu'à la résolution moléculaire ou atomique. Elles permettent l'obtention d'informations physiques originales et locales non décelables par d'autres techniques. |
| Plan |
I- Introduction
a- Généralités sur les microscopies
b- Différents types de microscopes
c- Quelques ordres de grandeurs. Comparaison concernant les informations morphologiques et structurales obtenues.
II- Microscopie électronique à transmission
a- Instrumentation: éléments de base et caractéristiques
b- la diffraction électronique
c- La microscopie électronique à haute résolution
d- L'analyse EDX
e- La spectroscopie des pertes d'énergie des électrons (EELS)
III- La microscopie à champ proche
a- Microscopies de champ proche (principe et fondements physiques)
b- Microscopie par effet tunnel
c- Le microscope à force atomique et la microscopie de force
d- Le champ proche optique
e- Exemples et applications |
Emploi
du temps Tronc Commun et Option Matériaux
2006/2007 (document à télécharger
au format .pdf - 24Ko)
Option
Physique Subatomique
PS1
: Détection des rayonnements ionisants
Responsable : Pascal LAUTRIDOU
Enseignants : Pascal LAUTRIDOU (15h) - Ferid HADDAD (15h en 2005/2006) |
| Objectifs |
Le but de ce cours est de fournir les éléments de base nécessaires à la compréhension du fonctionnement des détecteurs des rayonnements ionisants. |
| Plan |
1. Propriétés générales des détecteurs de particules
Structure des multi-détecteurs
Modélisation électrique d'un détecteur
Paramètres du fonctionnement
2. Détecteurs à scintillation
Matériaux scintillants
Guide de lumière
Photomultiplicateurs
3. Détecteurs à semi-conducteurs
Chambre d'ionisation solide
Jonctions
Exploitation du signal
4. Détecteurs gazeux
Ionisation primaire
Transports des charges
Multiplication
Formation du signal électrique
5. Introduction aux calorimètres et aux détecteurs de traces
Gerbes
Calorimetrie electromagnetique
Calorimetrie hadroniques
Champs magnétiques
Reconstitution des trajectoires
Estimation des erreurs de trajectographie |
| Pré-requis, conseil de lecture |
· G. Asch et al., Les capteurs en intrumentation industrielle, Dunod, ISBN 2 10 004758 2
Niveau DEA :
· W. R. LEO, Techniques for nuclear and particle physics experiments, Springer-Verlag, ISBN 0 387 57280 5
· G.F. KNOLL, Radiation detection and measurement, Wiley, ISBN 0 471 61761 X
· M. BUENERD et al. , Instrumentation en physique nucléaire et en physique des particules, JOLIOT CURIE 1988, Les éditions de physique, ISBN 2 86883 134 6
· D. GREEN, The physics of particle detectors, Cambridge, ISBN 0 521 66226 5
Niveau Recherche :
· W. BLUM & L. ROLANDI, Particle detection with drift chambers, Springer-Verlag ISBN 3 540 58322 X
· T. FERBEL et al., Experimental techniques in high energy nuclear and particle physics, World Scientific, ISBN 981 02 0868 5 |
PS2
: Du signal au traitement des données
Responsable : Hugues DELAGRANGE
Enseignants : Hugues DELAGRANGE (15h) |
| Objectifs |
Il est important dans les expériences actuelles d'appréhender les différents aspects et propriétés de la chaîne de mesures et de posséder la connaissances de techniques statistiques (ainsi que leur mise en oeuvre informatique) pour isoler l'information pertinente souvent cachée dans un bruit de fond élevé. |
| Plan |
I. Introduction à l'Electronique Nucléaire. Traitement et Acquisition du signal
1.Préambule
2. Introduction et Schéma de principe
3. Câbles et Transmission
4. Pré-amplificateurs
5. Du pré-amplificateur la donnée numérique
6. Discriminateurs, Mesures de temps, Déclenchements
7. Bruit et son traitement
II- Traitement des données
1. Probabilités. Quelques rappels succincts
2. Statistiques. Paramètres. Incertitudes
3. Simulations et Les techniques de Monte Carlo
III. Premiers aperçus en Programmation et Conception Orientées Objet |
| Pré-requis, conseil de lecture |
Même si leur lecture n'est pas un réel pré-requis, la consultation préalable des ouvrages cités ci-dessous ne peut être que bénéfique à la compréhension du cours.
1. W. R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments. A How-to Approach
2. G. F. Knoll, Radiation Detection and Measurement |
PS3
: Interaction à hautes énergies
Responsable : Klaus WERNER
Enseignants : Klaus WERNER (15h) |
| Objectifs |
Connaissance de base de l'électrodynamique quantique, compréhension de certaines réactions élémentaires importantes (diffusion électron-électron, électron-positron, électron-photon, ...) |
| Plan |
1. Rappels relativité, électromagnétisme
2. Equation de Klein-Gordon, équation de Dirac
3. Interaction particule - champ électromagnétique, sections efficaces
4. Etude de quelques réactions élémentaires |
| Pré-requis, conseil de lecture |
Mécanique quantique, relativité, électromagnétisme |
PS4
: De l'électrodynamique à la chromodynamique
Responsable : Jorg AICHELIN
Enseignants : Jorg AICHELIN (7h30) - Andrei SMILGA (7h30) |
| Objectifs |
Le cours s'occupe avec l'électrodynamique quantique avancée (calcul de boucle, constante de couplage etc). Il introduit aux collisions élastiques et inélastiques entre leptons et hadrons et explique comment on peut déduire les structures internes des particules composées. Il explique la découverte des partons et le développement de la chromodynamique quantique qui est considérée aujourd'hui comme la théorie fondamentale des hadrons. |
| Plan |
Chapitres 7 - 10 du livre de Halzen and Martin : Quarks and Leptons |
| Pré-requis, conseil de lecture |
Le cours s'appuie sur le livre de Halzen and Martin : Quarks and Leptons
Les chapitres 1-6 font partie du cours PS3 et sont considérés comme acquis |
PS5
: Le modèle standard
Responsable : Thierry GOUSSET
Enseignants : Thierry GOUSSET (10h) - Ginès MARTINEZ (5h) |
| Objectifs |
Se familiariser avec la phénoménologie du modèle standard, et plus particulièrement sa composante électro-faible ; dans ce but, on lira et résoudra les exercices des chapitres 12 à 15 du livre de Halzen et Martin au cours de onze après-midi de 3h à répartir en janvier (séance type étude tutorée par un intervenant) ; la présentation de certains aspects expérimentaux et/ou phénoménologiques fera l'objet de présentations d'une heure à la suite de certains après-midi par l'autre intervenant. |
| Plan |
- L'interaction faible: désintégration bêta, modèle de Fermi et bosons intermédiaires
- Symétrie de jauge: QED et QCD, unification électrofaible, brisure spontanée
- Le modèle standard de Weinberg-Salam et au-delà : les neutrinos, la violation de CP
- Aspects expérimentaux: Phénoménologie de l'interaction faible, la violation CP dans les expriences, la recherche du boson de Higgs et l'expériences de neutrino. l |
| Pré-requis, conseil de lecture |
Mécanique quantique L3 et M1 ; modules MM3 et PS3 |
PS6
: Modèles dynamiques des collisions d'ions lourds
Responsable : Pol-Bernard GOSSIAUX
Enseignants : Pol-Bernard GOSSIAUX (7h30) - François SEBILLE (7h30) |
| Objectifs |
Le but premier de ce module est de donner à l'étudiant un bref aperçu des grandes méthodes théoriques utilisées actuellement dans la description des collisions d'ions lourds (mais aussi applicables aux noyaux excites) ainsi que des modèles qui en découlent plus ou moins directement.
Dans tous les cas on insistera sur l'universalité des concepts fondamentaux et des méthodes utilisées; De plus, un effort particulier sera fait pour mettre ces modèles en regard avec les systèmes étudiés expérimentalement (observables expérimentales, accélérateurs et détecteurs concernés). Pour ce faire, on pourra s'appuyer sur les exemples suivants, qui serviront de fils rouges au module:
- les superlourds et les noyaux exotiques
- les réactions de spallation
- la multifragmentation (Ganil/Indra, MSU)
- la matière étrange (GSI, AGS)
- le plasma de quarks et de gluons (SPS, RHIC, LHC)
Dans un premier temps (I) on présentera l'intérêt des collisions d'ions lourds pour étudier les propriétés de la matière nucléaire/hadronique et du plasma de quarks et de gluons, et notamment l'équation d'état et le diagramme des phases. Ensuite (II), on argumentera que les systèmes étudiés ne satisfont que rarement la double hypothèse macroscopique - thermalise, et ce en étudiant certains modes génériques de désexcitation. Enfin (III) on présentera les principales approches développées pour décrire les aspects dynamiques du noyau excite et des réactions d'ions lourds, du keV au TeV. |
| Plan |
I) Limites macroscopiques et thermodynamiques: équations d'état, diagrammes et transitions de phases. Ordres de grandeur. (3h)
II) Modes de décroissance des systèmes excités (évaporation, radiation, fragmentation, fission, hadronisation). Echelles de temps caractéristiques associées (motivation du traitement dynamique). (2h)
III) Traitement dynamique:
a) Les bases: du problème à N-corps à la théorie quantique des champs. (3h)
b) Les approximations: (3h)
- Réduction du nombre de degrés de liberté et degrés de liberté effectifs.
- Approximations semiclassiques.
- Descriptions a un corps (champ moyen), deux corps (interactions résiduelles).
- Approximations de quasi-équilibre.
c) Les modèles: (4h)
- Modèles macroscopiques: goutte liquide, boule de feu
- Traitement hydrodynamique
- Modèles de transport semiclassiques (BUU,LV,VUU,BNV,...)
- Modèles de cascades (cascade intranucléaire, QMD, cascade partonique,...)
- ... |
| Pré-requis, conseil de lecture |
Mécanique quantique, physique statistique, modules PS3 et PS4 |
PS7
: Approfondissement et ouverture
Enseignants : Guy ROYER (5h) - Bernd GRAMBOW (5h) - Christelle ROY (5h) |
| 1. Les noyaux superlourds - Guy Royer (5h) |
| Objectifs |
Ce module contient trois exposés d'ouverture sur des sujets d'actualité. L'un est sur les noyaux superlourds. Ce sujet est d'actualité car de nouveaux résultats expérimentaux importants mais très controversés viennent d'être publiés. |
| Plan |
Problématique
I-Formation
Capture de neutrons
Désintégration
Chaleur de réaction
Barrières de fusion
Modèle de la goutte liquide
Effets microscopiques
Fusion froide
Fusion chaude
II-Désintégration
Désintégration
Fission
Barrières des actinides
Durée de vie
Bilan actuel
III-Aspects expérimentaux
Séminaire d'un expérimentateur du CNRS ou CEA. |
| Pré-requis, conseil de lecture |
Les notions de bases de physique nucléaire : réactions nucléaires, différents types de désintégrations radioactives, sections efficaces. |
| 2. Retraitement des déchets nucléaires - Bernd Grambow (5h) |
| Objectifs |
Acquisition des notions de base sur le cycle de combustible nucléaire aujourd'hui et en future. |
| Plan |
Problématique
· Cycle de combustible ouvert et fermé.
· Volumes, activités et flux des matériaux par unité d'énergie fourni
· Développement durable du cycle du combustible
o Des cycles de combustible des systèmes d'énergie de génération IV
o Gestion des ressources en Uranium.
o Gestion des déchets.
o Le retraitement pour la transmutation
Chimie de séparation des radionucléides
· L'extraction liquide
· L'electrodeposition
Le retraitement
· Notions de base du procède actuelle PUREX :
o Cisaillage et dissolution du combustible irradieL'extraction et la séparation de U et de Pu
o La vitrification des produits de fission
o La gestion des effluents
· Le retraitement des systèmes d'énergie nucléaire futurs
o La voie hydrométallurgie
o La voie pyrochimie |
| Pré-requis, conseil de lecture |
Les notions de bases de différents types de désintégrations radioactives. |
| 3. Le plasma de quark et de gluons - Christelle Roy (5h) |
| Objectifs |
Depuis plusieurs décennies des physiciens de la communauté d'ions lourds tentent de créer, en laboratoire, l'état de l'Univers primordial quelques microsecondes après le big-bang, état supposé être " un plasma de quarks et de gluons ". La physique des collisions d'ions lourds relativistes sera abordée à travers les trois exposés qui composent ce module. Le premier exposé aborde les problématiques et objectifs sous-jacents aux expériences mettant en jeu de telles collisions ; le second expose les diverses techniques instrumentales mises en œuvre. Enfin, le dernier présente les résultats obtenus il y a quelques mois seulement et qui semblent confirmer la formation d'un plasma de quarks et de gluons. Un état des lieux de cette physique ainsi que ses perspectives concluront ces exposés. |
| Plan |
I-Considérations théoriques
QCD et confinement des partons
Déconfinement et plasma de quarks et de gluons
Transitions de phases avec les collisions d'ions lourds
II-Collisions d'ions lourds ultra-relativistes
Scénario d'une collision
Variables cinématiques et observables globales
Accélérateurs, collisionneurs et détecteurs
Techniques de mesures
III Mesures hadroniques et signatures du plasma
Environnement originel
1ers instants de la collision (photons, jets, quarkonia)
Hadronisation et expansion (étrangeté et mouvements collectifs) |
| Pré-requis, conseil de lecture |
Les notions de bases de physique nucléaire (réactions nucléaires, sections efficaces) et d'instrumentation (détecteurs gazeux, semi-conducteurs). |
| Conclusions |
· De nouvelles expériences à partir de 2008
· Vers une nouvelle physique |
LABORATOIRES D'ACCUEIL
IMN
Institut des Matériaux Jean Rouxel
UMR 6502
|
LPMN : Laboratoire de Physique des Matériaux et Nanostructures
LPCM : Laboratoire des Plasmas et des Couches Minces |
SUBATECH
UMR 6457
|
Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées |
| IREENA - EA 1770 |
Institut de Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nantes Atlantique |
|
LAMP - Equipe d'Accueil
|
Laboratoire des Matériaux Photovoltaïques |
LGMPA - EA 2664
|
Laboratoire de Génie des Matériaux et Procédés Associés |
RESPONSABLES - RENSEIGNEMENTS - INSCRIPTION
Thérèse HIZEMBERT (secrétariat)
IMN/LPMN - 2, rue de la Houssinière - BP 32229 - 44322 NANTES Cedex 3
Tél. : 02 40 37 39 54 e-mail : Therese.Hizembert@cnrs-imn.fr
Candidature :
Les candidats doivent être titulaires d'un MASTER 1 ou formation
équivalente à une Maîtrise de Physique, Sciences
Physiques, MST matériaux ou d'un diplôme d'ingénieur
dans une de ces spécialités ou toutes autres formations
équivalentes.
Dossier d'inscription :
A télécharger à l'adresse suivante :
http://www.univ-nantes.fr/72621571/0/fiche_913__pagelibre/
ou le demander à : Therese.Hizembert@cnrs-imn.fr
Dépôt
du dossier de candidature avant le 15 Juin 2007
Débouchés :
 Thèse de doctorat : laboratoires d'accueil, laboratoires extérieurs ou en milieu industriel
Bourses de thèse : allocations ministère, bourses docteur ingénieurs, bourses industrielles ou régionales...
Insertion directe en milieu professionnel possible
Métiers :
Chercheur, Enseignant-Chercheur, Cadre dans le public (CNRS, CEA, Universités...) ou le privé
Secteurs matériaux, nanotechnologies, micro-électronique, industrie nucléaire...
Exemples des sujets de stage proposés en 2006/2007
| Laboratoire IMN : Physique des Matériaux et Nanostructures (PMN) |
Sujets |
Responsables |
| Phosporous doped fullerene |
Chris EWELS
02 40 37 64 07 |
| Etudes des déformées de nanotubes de carbone individuels par AFM |
Stéphane CUENOT
Stephane.Cuenot@cnrs-imn.fr
Tél. 02 40 37 64 21 |
| Bio systèmes/nanotubes de carbone |
Patricia BERTONCINI
02 40 37 64 15
S. CONSTANT |
| Etude des défauts dans les semiconducteurs organiques utilisés dans les dispositifs électroniques |
Thien-Phap NGUYEN
Thien-Phap.Nguyen@cnrs-imn.fr
Tél. 02 40 37 39 76 |
| Auto organisation de nanofils par méthode physique |
Jean-Luc DUVAIL
Jean-Luc.Duvail@cnrs-imn.fr
Tél. 02 40 37 39 90 |
| Laboratoire IMN : Plasmas et Couches Minces (PCM) |
Sujets |
Responsables |
| Synthèse basse température de nanotubes de carbone mono et multi parois pour des applications en microélectronique |
Marie-Paule BESLAND
Tél. 02 40 37 39 66
Abdjou DJOUADI
02 40 37 39 70
|
| Gravure sèche de nanostructures dans InP : simulation des effets thermiques et impact sur la création de défauts |
Ahmed RHALLABI
Ahmed.Rhallabi@cnrs-imn.fr
Tél. 02 40 37 39 69/02 40 68 30 21
Jean-Pierre LANDESMAN
02 40 68 31 82/02 40 37 39 55 |
| Dépôt d'oxyde de titane par plasma PECVD pour des applications optiques |
Agnès GRANIER
Agnes.Granier@cnrs-imn.fr
Tél. 02 40 37 39 65
Antoine GOULLET
02 40 68 32 34/02 40 37 39 66 |
| Laboratoire de Génie des Matériaux et Procédés Associés (LGMPA) |
Sujets |
Responsables |
| Caractérisation et optimisation de dépôts électrolytiques par de nouveaux mico-capteurs thermiques |
Yves SCUDELLER
yves.scudeller@univ-nantes.fr
Tél. 02 40 68 31 21 |
| Nanomatériaux pour la conception de super isolants thermiques |
Franck TANCRET
02 40 68 31 97 |
| Contact e-mail : nom.prenom@univ-nantes.fr |
|
| LAboratoire des Matériaux Photovoltaïques (LAMP ) |
Sujet |
Responsable |
| Caractérisation des propriétés radiatives du Cu(In, Ga)Se2 en fonction de sa composition |
Ludovic ARZEL
02 51 12 55 48
Nicolas BARREAU
02 51 12 55 26 |
| Contact e-mail : nom.prenom@univ-nantes.fr |
|
| Laboratoire IREENA : Equipe "Matériaux fonctionnels" |
Sujets |
Responsables |
| Modélisation et étude de la susceptibilité d'un ferroélectrique |
Raynald SEVENO
02 51 12 55 40
Domique AVERTY
02 51 12 55 41 |
| Etude de la lithographie douce en vu de la réalisation des structures microscopiques dans des matériaux polymères |
Hartmut GUNDEL et D. AVERTY
Tél. 02 51 12 55 42 |
| Réalisation d'un procédé sol-gel modifié des couches minces de titanate de baryum et strontium (BaSrTiO3) |
Hartmut GUNDEL et D. AVERTY
Tél. 02 51 12 55 42 |
| Contact e-mail : nom.prenom@univ-nantes.fr |
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© IMN
Téléphone : +33 2 40 37 39 39
Télécopie : +33 2 40 37 39 95
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Page mise à jour le 5 avril 200
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