Ce cours a pour objectif :
- de présenter les grandes catégories de structure cristallines, leurs caractéristiques de symétrie et les dispositions spatiales associées au niveau atomique, ainsi que le principe des techniques de diffraction sur réseau cristallin.
- de présenter les caractéristiques spécifiques des états électroniques (orbitales moléculaires) et du spectre énergétique associé (« spectre de bandes ») pour les électrons dans un cristal, ainsi que le lien entre la composition chimique du cristal et ses propriétés électriques et optiques.
- de décrire les mécanismes de vibrations atomiques collectives dans un cristal (phonons) puis les liens entre ces vibrations et les propriétés acoustiques et thermiques du cristal.
- de présenter les principaux types de défauts qui peuvent être présents dans les cristaux et leur influence sur les principales propriétés des matériaux cristallins.
1- rappel des notions principales qui permettent de décrire une structure cristalline : Réseaux de Bravais, Mailles. Principe de la diffraction sur réseau cristallin et les concepts liés aux plans atomiques. Application des propriétés de symétrie à la classification des structures cristallines.
2- les électrons dans les cristaux et à leurs états électroniques, spectre énergétique associé, caractéristiques de ce spectre qui influencent directement les propriétés électromagnétiques et optiques du cristal : masses effectives et célérité des électrons, remplissage des bandes, classification métal / isolant / semi-conducteur.
3- les propriétés des vibrations collectives des atomes dans un cristal, lien entre ces vibrations, la nature des atomes constitutifs du cristal, et les propriétés acoustiques et thermiques intrinsèques du cristal : vitesse du son, capacité calorifique, conductivité thermique, résistivité électrique.
4- la description des principales catégories de défauts dans les cristaux et matériaux cristallins, et leur influence sur les caractéristiques du matériau.
Mots clés : structures cristallines, symétrie, cristallographie, structure de bandes électroniques, phonon, défauts ponctuels et étendus.
