Théorie des bandesredresse=1.5|vignette|Représentation schématique des bandes d'énergie d'un solide. représente le niveau de Fermi. thumb|upright=1.5|Animation sur le point de vue quantique sur les métaux et isolants liée à la théorie des bandes En physique de l'état solide, la théorie des bandes est une modélisation des valeurs d'énergie que peuvent prendre les électrons d'un solide à l'intérieur de celui-ci. De façon générale, ces électrons n'ont la possibilité de prendre que des valeurs d'énergie comprises dans certains intervalles, lesquels sont séparés par des bandes d'énergie interdites (ou bandes interdites).
Valence and conduction bandsIn solid-state physics, the valence band and conduction band are the bands closest to the Fermi level, and thus determine the electrical conductivity of the solid. In nonmetals, the valence band is the highest range of electron energies in which electrons are normally present at absolute zero temperature, while the conduction band is the lowest range of vacant electronic states. On a graph of the electronic band structure of a semiconducting material, the valence band is located below the Fermi level, while the conduction band is located above it.
Semi-conducteurUn semi-conducteur est un matériau qui a les caractéristiques électriques d'un isolant, mais pour lequel la probabilité qu'un électron puisse contribuer à un courant électrique, quoique faible, est suffisamment importante. En d'autres termes, la conductivité électrique d'un semi-conducteur est intermédiaire entre celle des métaux et celle des isolants. Le comportement électrique des semi-conducteurs est généralement modélisé, en physique de l'état solide, à l'aide de la théorie des bandes d'énergie.
Band diagramIn solid-state physics of semiconductors, a band diagram is a diagram plotting various key electron energy levels (Fermi level and nearby energy band edges) as a function of some spatial dimension, which is often denoted x. These diagrams help to explain the operation of many kinds of semiconductor devices and to visualize how bands change with position (band bending). The bands may be coloured to distinguish level filling. A band diagram should not be confused with a band structure plot.
Band bendingIn solid-state physics, band bending refers to the process in which the electronic band structure in a material curves up or down near a junction or interface. It does not involve any physical (spatial) bending. When the electrochemical potential of the free charge carriers around an interface of a semiconductor is dissimilar, charge carriers are transferred between the two materials until an equilibrium state is reached whereby the potential difference vanishes.
Niveau de FermiLe niveau de Fermi est une caractéristique propre à un système qui traduit la répartition des électrons dans ce système en fonction de la température. La notion de niveau de Fermi est utilisée en physique et en électronique, notamment dans le cadre du développement des composants semi-conducteurs. Concrètement, le niveau de Fermi est une fonction de la température mais il peut être considéré, en première approximation, comme une constante, laquelle équivaudrait alors au niveau de plus haute énergie occupé par les électrons du système à la température de .
Énergie de FermiL'énergie de Fermi, EF, en mécanique quantique, est l'énergie du plus haut état quantique occupé dans un système par des fermions à . Parfois, le terme est confondu avec le niveau de Fermi, qui décrit un sujet proche quoique différent, le niveau de Fermi représentant le potentiel chimique des fermions. Ces deux quantités sont les mêmes à , mais diffèrent pour toute autre température.
Bande interditeredresse=.9|vignette|Bandes d'un semiconducteur. La bande interdite d'un matériau, ou gap, est l'intervalle, situé entre la bande de valence et la bande de conduction, dans lequel la densité d'états électroniques est nulle, de sorte qu'on n'y trouve pas de niveau d'énergie électronique. La largeur de bande interdite, ou band gap en anglais, est une caractéristique fondamentale des matériaux semiconducteurs ; souvent notée , elle est généralement exprimée en électronvolts (eV). Fichier:Band filling diagram.
Électron de valenceUn électron de valence est un électron situé dans la couche de valence d'un atome. Les propriétés physiques d'un élément sont largement déterminées par leur configuration électronique, notamment la configuration de la couche de valence. La présence d'un ou plusieurs électrons de valence joue un rôle important dans cette définition des car elle permet de déterminer la valence . Lorsqu'un atome a une couche de valence incomplète, il peut partager ou donner des électrons de valence avec d'autres atomes pour remplir sa couche externe et former une liaison chimique stable.
Gaz de FermiUn gaz de Fermi idéal est un état de la matière constitué d'un ensemble de nombreux fermions sans interaction. Les fermions sont des particules ayant un spin demi-entier (1/2, 3/2), comme les électrons, les protons et les neutrons ; la propriété essentielle des fermions est de ne pas pouvoir occuper en même temps le même état quantique, en raison du principe d'exclusion de Pauli.
Spectroscopie photoélectroniqueLa spectroscopie photoélectronique (photoelectron spectroscopy, PES) ou spectroscopie de photoémission (photoemission spectroscopy) est un ensemble de méthodes spectroscopiques basées sur la détection d'électrons émis par des molécules après le bombardement de celle-ci par une onde électromagnétique monochromatique. Cette spectroscopie fait partie des méthodes de spectroscopie électronique. Elle est utilisée pour mesurer l'énergie de liaison des électrons dans la matière, c'est-à-dire à sonder les états occupés.
Surface de FermiEn mécanique quantique et en physique de la matière condensée, la surface de Fermi est une limite abstraite utile pour prédire les caractéristiques électriques, magnétiques, etc. de matériaux, en particulier des métaux. La description de la surface de Fermi ne se fait pas dans le réseau cristallin réel, mais dans le réseau réciproque où l'énergie peut être directement exprimée en fonction de la quantité de mouvement. Le réseau réciproque est obtenu par une transformée de Fourier du réseau réel et est un outil indispensable pour la description des propriétés d'un solide en physique.
Spectrométrie photoélectronique Xvignette|upright=1.4|Machine XPS avec un analyseur de masse (A), des lentilles électromagnétiques (B), une chambre d'ultra-vide (C), une source de rayon X (D) et une pompe à vide (E) La spectrométrie photoélectronique X, ou spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X (en anglais, X-Ray photoelectron spectrometry : XPS) est une méthode de spectrométrie photoélectronique qui implique la mesure des spectres de photoélectrons induits par des photons de rayon X.
Spectroscopie photoélectronique résolue en anglevignette|Dispositif expérimental de spectroscopie photoélectronique résolue en angle|alt=|300x300px La spectroscopie photoélectronique résolue en angle (ARPES), est une technique expérimentale directe permettant l'observation de la distribution des électrons (plus précisément, la densité des excitations électroniques) dans l'espace réciproque des solides. Cette technique est une spécialisation de la spectroscopie de photoémission ordinaire. L'étude de la photoémission des électrons contenus dans un échantillon est habituellement réalisée en illuminant avec des rayons X doux.
Surface reconstructionSurface reconstruction refers to the process by which atoms at the surface of a crystal assume a different structure than that of the bulk. Surface reconstructions are important in that they help in the understanding of surface chemistry for various materials, especially in the case where another material is adsorbed onto the surface. In an ideal infinite crystal, the equilibrium position of each individual atom is determined by the forces exerted by all the other atoms in the crystal, resulting in a periodic structure.
SurfaceA surface, as the term is most generally used, is the outermost or uppermost layer of a physical object or space. It is the portion or region of the object that can first be perceived by an observer using the senses of sight and touch, and is the portion with which other materials first interact. The surface of an object is more than "a mere geometric solid", but is "filled with, spread over by, or suffused with perceivable qualities such as color and warmth".
Auger electron spectroscopyAuger electron spectroscopy (AES; pronounced oʒe in French) is a common analytical technique used specifically in the study of surfaces and, more generally, in the area of materials science. It is a form of electron spectroscopy that relies on the Auger effect, based on the analysis of energetic electrons emitted from an excited atom after a series of internal relaxation events. The Auger effect was discovered independently by both Lise Meitner and Pierre Auger in the 1920s.
Densité surfacique d'énergieLa densité surfacique d'énergie ou énergie surfacique, voire densité énergétique (quand le contexte surfacique est clair), est la quantité d’énergie par une unité de surface. Dans le Système international elle se mesure en J/m (joules par mètre carré). Dans un contexte industriel on l'exprime souvent en kWh/m (kilowatts-heures par mètre carré). Cette grandeur physique est principalement utilisée dans l'étude physique des interfaces entre liquides non miscibles, ou entre liquide et gaz, où elle caractérise l'énergie nécessaire à former une interface d'une certaine surface.
Microscope à effet tunnelthumb|Atomes de silicium à la surface d'un cristal de carbure de silicium (SiC). Image obtenue à l'aide d'un STM. Le microscope à effet tunnel (en anglais, scanning tunneling microscope, STM) est inventé en 1981 par des chercheurs d'IBM, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, qui reçurent le prix Nobel de physique pour cette invention en 1986. C'est un microscope en champ proche qui utilise un phénomène quantique, l'effet tunnel, pour déterminer la morphologie et la densité d'états électroniques de surfaces conductrices ou semi-conductrices avec une résolution spatiale pouvant être égale ou inférieure à la taille des atomes.
Biologie structuralevignette|droite|Structure 3D de la myoglobine du grand cachalot (PDB ID 1MBO), la première protéine dont la structure a été résolue par cristallographie aux rayons X par John Kendrew et al. en 1958. La biologie structurale est la branche de la biologie qui étudie la structure et l'organisation spatiale des macromolécules biologiques, principalement les protéines et les acides nucléiques.
