Phonon

[invite2503a755]

bonjour,

lorsqu'un semi-conducteur est frappé par des rayons lumineux, les photons peuvent créer des paires électron-"trou"

l'électron monte dans la bande de conduction après avoir franchi le gap énergétique séparant bande de valence et bande de conduction.

deux cas :

1) le maximum de la bande de valence et minimum de la bande de conduction se situent pour le même vecteur propre de l'électron.

2) les deux ne sont pas en "vis-à-vis".. on a alors deux sous cas :
a) l'électron gagne de l'énergie, se trouve dans la vande de conduction mais avec une énergie supérieure à son minimum et va regagner se minimum en perdant de l'énergie ( thermnalisation)
b) il se déplace dans l'espace propre pour avoir un vecteur propre qui correspond à celui du minimum de la bande de condution, en émettant un phonon, puis gagne cette bande de conduction.

quelqu'un peut-il me reprendre si j'ai dit n'importe quoi, ou n'ai pas les mots justes pour décrire ce qui se passe ? ( c'est un début ^^)

et point essentiel de mon post : qu'est-ce qu'un phonon ?
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[Fanch5629]

Bonjour.
Tu veux parler de photon, sans doute. Le phonon n'existe pas.

[Coincoin]

Salut,
Un phonon est un quantum de vibration, tout comme le photon est un quantum de champ électro-magnétique.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Phonon

Dans ce que tu cites, l'électron donne un peu d'énergie au réseau cristallin (ce qui le chauffe).

[Garion]

Si un phonon existe, il s'agit d'un quantum de vibration dans un solide cristallin.

Edit : Grilled

[A voir en vidéo sur Futura]

[Fanch5629]

OK. Je retourne me coucher... mais avec la certitude que le phonon n'est pas une particule.

[mariposa]

bonjour,

lorsqu'un semi-conducteur est frappé par des rayons lumineux, les photons peuvent créer des paires électron-"trou"

l'électron monte dans la bande de conduction après avoir franchi le gap énergétique séparant bande de valence et bande de conduction.

Bonjour,

Oui, et en précisant qu'il reste un trou dans la bande de valence.

1) le maximum de la bande de valence et minimum de la bande de conduction se situent pour le même vecteur propre de l'électron.

Je pense que tu as voulu dire que l'électron et le trou ont même vecteur d'onde k.. c'est pourquoi on dit que les transitions sont verticales. (Cela n'est pas rigoureux parce que le photon possède un vecteur d'onde que l'on néglige).

2) les deux ne sont pas en "vis-à-vis".. on a alors deux sous cas :
a) l'électron gagne de l'énergie, se trouve dans la vande de conduction mais avec une énergie supérieure à son minimum et va regagner se minimum en perdant de l'énergie ( thermnalisation)
b) il se déplace dans l'espace propre pour avoir un vecteur propre qui correspond à celui du minimum de la bande de condution, en émettant un phonon, puis gagne cette bande de conduction.

Les transitions sont toujours (approximativement) verticales et peuvent dépasser largement le seuil d'énergie qui correspond au gap.

Dans ce cas électron et trou séparemment perdent de l'énergie pour rejoindre le bas de leur bande respective en émettant des phonons qui sont des quantum d'énergie associés aux vibrations du réseau (c'est la thermalisation).

[Karibou Blanc]

mais avec la certitude que le phonon n'est pas une particule.

Il en a pourtant toute les caractéristiques, puisqu'il s'agit du quantum d'un champ, le champ de vibration dans un solide ici, qui pis est qui peut interagir avec d'autres particules, comme les photons, les électrons et les trous.

[mariposa]

OK. Je retourne me coucher... mais avec la certitude que le phonon n'est pas une particule.

Bonjour,

Sur ce tu as completement tort. Si tu reconnais l'existence du photon tu es obligé d'admettre l'existence du phonon.

Une grosse difference est qu'un phonon ne peut pas exister en dehors du cristal.

Il est donc dangereux de s'enfermer dans des certitudes.

[Coincoin]

D'ailleurs, au passage, je me suis demandé pourquoi on parlait de "quasi-particule" pour le phonon. J'ai trouvé une réponse satisfaisante sur la page anglaise de Wikipédia : http://en.wikipedia.org/wiki/Quasiparticle

It can be roughly defined as the combination of a particle and its influence on the local environment.

Donc le phonon est une quasi-particule car il a besoin du cristal pour exister.

Mais je pense que la nuance entre particule et quasi-particule ne résiste pas bien longtemps à une réflexion poussée.

[Fanch5629]

Marrant comme ma c... a suscité plus de réactions que le post initial )

[invite2503a755]

oui ^^

c'est toujours un peu vexant de répondre faussement à une question, ça vient de m'arriver deux fois..

Le pire est que les deux fois je n'ai fait que dire ce qu'on m'avait appris.. ça m'apprendra à toujours vérifier ce qu'on me raconte..

en tout cas merci à tous pour vos réponses !

[invite1acecc80]

Bonsoir,

D'ailleurs, au passage, je me suis demandé pourquoi on parlait de "quasi-particule" pour le phonon. J'ai trouvé une réponse satisfaisante sur la page anglaise de Wikipédia : http://en.wikipedia.org/wiki/Quasiparticle

C'est vrai que les explications sont pas mal.

Donc le phonon est une quasi-particule car il a besoin du cristal pour exister.

Les électrons dans un cristal sont des quasiparticules mais ils n'ont pas besoin de cristal pour exister...
Je dirais que le phonons sont des quasiparticules car ils correspondent à des excitations collectives de vibrations du cristal.(comme ça a été dit dans les posts précédents). Le fait qu'ils ont "besoin" d'un cristal pour exister vient de leur définition même.

Mais je pense que la nuance entre particule et quasi-particule ne résiste pas bien longtemps à une réflexion poussée.

Que veux-tu dire par là?

A plus.

[Karibou Blanc]

Que veux-tu dire par là?

Que l'on peut voir également le vide (quantique) comme un milieu dont les fluctuations interagissent avec les particules dites "libres". Le résultat est que ce que l'on appelle électron par exemple en QED n'est en fait qu'une quasi-particule résultant de l'électron libre en interaction (en couplage faible) avec un environnement, les fluctuations quantiques du champs électromagnétique dans le vide. Il en va de meme pour toutes particules élémentaires, pourvu que l'interaction soit de faible intensité avec les fluctuations.

[Coincoin]

Les électrons dans un cristal sont des quasiparticules mais ils n'ont pas besoin de cristal pour exister...

Ben si... Un "électron dans un cristal" sans cristal, c'est plus un "électron dans un cristal".

Finalement, la notion de "quasi-particule" contient une notion d'émergence.

[mariposa]

Ben si... Un "électron dans un cristal" sans cristal, c'est plus un "électron dans un cristal".

Finalement, la notion de "quasi-particule" contient une notion d'émergence.

Je profite de cette discussion pour préciser une petite ambiguité entre le vocabulaire en physique du solide et celui des particules élémentaires.

Particules élementaires.

Il s'agit toujours d'une quantification de champs qui aboutit à une série de niveaux équidistants que l'on appelle excitations élementaires auxquelles on associe le concept de particules (au sens de quantons de JM lévy-Leblond).

Dans ce langage, les électrons, positrons et photons sont les excitations élémentaires du vide électromagnétique.

Physique du solide.

C'est un système de particules en nombre fixe en interaction forte électrostatique. Néanmoins en faisant un développement limité autour de l'énergie de l'état fondamental on fait apparaitre des formes bilinéaires qui apres diagonalisation sont une somme d'oscillateur harmoniques indépendants.

Cela donne lieu à des excitations élémentaires dont le statut est analogue à celles ci-dessus. C'est ainsi que l'on a des phonons, plasmons, magnons, polaritons etc...

Ces excitations élémentaires ne peuvent qu'exsciter dans le cristal compris comme un univers.

Quasi-particules

Le prototype est la quasi-particule électron ou la quasi-particule trou.

Pour comprendre le concept de quasi-particule je vais prendre l'exemple d'une autre quasi-particule qui est le petit polaron qui se prete à une image convaincante qui est celle d'une boule qui se déplace sur un oreiller. La boule se déplace dans un milieu qu'elle modifie fortement. Il est facile de sentir que sa masse d'inertie est très elevé. C'est pourquoi un polaron c'est un électron + son champ déformation qui a donc une masse efffective d'inertie très grande.

Pour la quasi-particule électron, c'est le même schéma sauf que la déformation, c'est le gaz électronique lui-même. On peut donc se representer la quasi-particule comme un électron vrai habillé par son champ de déformation électronique.

La différence entre excitations élémentaires et quasi-particule est que la quasi-particule est construite à partir d'une particule qui exciste vraiment en dehors du cristal. Une quasi-particule a même charge, même spin et même masse gravitationnelle que la particule.

Le point commun entre excitations élémentaires et quasi-particules est que les quasi-particules sont presque indépendantes comme le sont presque les excitations émentaires.

Nota: Le petit polaron c'est en fait un quasi-électron + un champ de déformation, c'est donc un électron doublement habillé.

[Rincevent]

salut,

une remarque en passant pour compléter ce que dit mariposa :

en physique des solides le terme quasi-particule peut avoir deux sens un peu différents selon la personne qui parle. Dans un premier sens, cela désigne toute excitation élémentaire qui ne peut exister hors d'un solide. Mais il y a aussi un deuxième sens tout aussi fréquent et selon lequel le phonon n'est pas une quasi-particule (bien qu'il soit une excitation élémentaire) mais ce qu'on appelle plutôt "mode collectif" (collective excitation en anglais). Grossièrement, la raison de cette distinction entre quasi-particule et mode collectif est que si l'on prend la limite "newtonienne" (non-quantique) des premières on obtient des "vraies particules" (newtoniennes) alors que dans le second cas on obtient des ondes. Reste que la notion de quasi-particule n'est pas propre à la physique des solides : par exemple quand on parle de protons dans un noyau, on parle en fait de quasi-protons (mélangés avec les neutrons en raison de l'interaction forte).

[Khwartz]

Bonjour à tous !

Merci à tous les participants de cette discussion : je voulais connaître la différence entre une particule et une quasi-particule et votre discussion est tout ce qui est de plus clair et efficace, en français sur le Net.

Encore merci Cdt.