Recueil d'exercices et de problèmes

L'observation des propriétés physiques des solides met en évidence l'émergence de comportements originaux, tels la supraconductivité ou le magnétisme qui pourraient difficilement être anticipés par la seule connaissance des atomes constituants. Ce sont les états quantiques des électrons qui sont à l'origine de cette diversité des propriétés macroscopiques des solides. Si seule l'approche expérimentale permet de révéler les manifestations spectaculaires de ces effets physiques, les concepts de base de mécanique quantique et de physique statistique sont requis pour aboutir à une description formelle établissant les liens entre le microscopique et le macroscopique. Au niveau industriel, la découverte des semi-conducteurs a été à l'origine du formidable essor des technologies de l'information, mais l'on peut anticiper que la maîtrise des matériaux à propriétés remarquables découverts dans un passé récent conduira sans aucun doute à des applications à grande échelle. La physique des électrons dans les solides s'impose donc aux ingénieurs et aux scientifiques comme un domaine clé démontrant que les connaissances de physique fondamentale sont essentielles dans la vie du citoyen d'aujourd'hui.

Le recueil d'exercices et de problèmes comporte en première partie les réponses aux exercices présentés sous forme de questions posées dans le cours (Tome I). La plupart de celles-ci visent à stimuler une réflexion sur la signification d'observations expérimentales et à identifier ainsi l'origine des phénomènes physiques mis en jeu. La nécessité de modèles pour formaliser ces observations en découle naturellement.

De nombreux problèmes plus ou moins longs ont été élaborés dans un esprit analogue avec l'aide d'enseignants du département de physique de l'École Polytechnique. Vingt d'entre eux ont été retenus ici car ils complètent le contenu du cours en présentant des effets physiques importants, souvent issus de thèmes de recherche très vivaces dans la communauté scientifique.