Physique mésoscopique des électrons et des photons PDF

Elle est nommée d’après John William Strutt Rayleigh, qui en a fait la physique mésoscopique des électrons et des photons PDF. L’onde électromagnétique peut être décrite comme un champ électrique oscillant couplé à un champ magnétique oscillant à la même fréquence. Ce modèle physique est cohérent avec le principe de Huygens-Fresnel dans le cas de la propagation dans un milieu matériel : les atomes réémettent réellement les ondes qu’ils reçoivent. Dans le modèle de l’électron élastiquement lié, on considère que la force reliant le barycentre du nuage électronique au noyau est proportionnelle à la distance les séparant.


Cet ouvrage propose une présentation générale du problème de la propagation des ondes dans les milieux aléatoires, en considérant les phénomènes physiques pour lesquels les effets d’interférences quantiques jouent un rôle essentiel. Ces effets de cohérence de phase définissent le domaine communément appelé  » physique quantique mésoscopique « , qui décrit les échelles de longueur intermédiaires entre la physique atomique et celles du monde macroscopique. Par extension, cette dénomination couvre aussi les effets d’interférence liés à la propagation dans des milieux complexes des ondes de toute nature, en particulier de la lumière. On considère le cas des électrons dans les métaux et semi-conducteurs ainsi que celui des ondes électromagnétiques dans les suspensions de diffuseurs classiques comme des colloïdes, ou dans les gaz atomiques froids. Les aspects communs aux phénomènes optiques et électroniques sont mis en évidence, tout en montrant la variété des approches et des phénomènes observés. Les outils théoriques sont développés en détails et illustrés par les expériences les plus importantes dans le domaine : localisation faible des électrons, rétrodiffusion cohérente de la lumière, fluctuations universelles de conductance ou de speckle, anomalies thermodynamiques, courants permanents… L’ensemble représente une solide introduction à la physique mésoscopique qui doit permettre au lecteur d’aborder les travaux les plus spécialisés et les plus récents. La progression est facilitée par de nombreux compléments et par une centaine d’exercices qui autorisent des niveaux de lecture multiples. L’ouvrage s’adresse essentiellement aux chercheurs ou aux étudiants du niveau d’un mastère ou d’une thèse.

En reprenant l’expression du champ électrique pour un dipôle électrique, on peut parvenir à la puissance réémise par ce dipôle électrique et ainsi comprendre d’où vient la dépendance en puissance quatre de la pulsation dans le modèle de Rayleigh. On remarque que la puissance rayonnée dépend de la pulsation  à la puissance 4 . 16 fois plus importante que celle diffusée par les longueurs d’onde proches du rouge. La couleur du ciel est bien expliquée par la théorie de Rayleigh, mais, en altitude, l’intensité de la lumière diffusée décroît beaucoup plus rapidement que la quantité de gaz diffusant. Ainsi, le ciel est sombre dans la stratosphère. Il faut tenir compte de l’interférence des rayonnements diffusés.

La phase des dipôles excités par les impulsions de la lumière incohérente du rayonnement incident est la même pour des molécules identiques. En supposant que ces dipôles sont nombreux, la construction d’Huygens peut être appliquée et la diffusion est cohérente. L’addition de l’amplitude diffusée à l’amplitude incidente retarde un peu l’onde incidente: c’est la réfraction. La diffusion incohérente qui produit le bleu du ciel requiert des émissions incohérentes dues à des molécules étrangères dont la densité est trop faible pour que l’interférence de leurs diffusions reconstitue les surfaces d’ondes initiales. Les collisions les plus fréquentes à basse pression sont binaires, leur densité est proportionnelle au carré de la pression de sorte que la diffusion Rayleigh incohérente décroît rapidement lorsque la pression décroît. Dans les tubes des lasers à gaz, il faut éviter les diffusions incohérentes, sources de pertes d’énergie. Il faut donc éviter les collisions en utilisant des pressions gazeuses de l’ordre de 100 pascals.