QCM : Phénomènes ultrarapides dans les solides (17 questions)

Question 1

1. Que désigne l’étude d’un phénomène ultrarapide dans un solide ?

L’observation temporelle de la dynamique de degrés de liberté comme les électrons, les phonons et les spins

La mesure de la réponse mécanique macroscopique sous une contrainte constante

La mesure spatiale des défauts cristallins sans suivre l’évolution des charges

L’analyse de la composition chimique d’un solide après son refroidissement

Explication

L’étude ultrarapide suit dans le temps la dynamique de degrés de liberté du solide, notamment les électrons, les phonons et les spins. La mesure statique des défauts cristallins ne décrit pas cette évolution temporelle.

Answer

L’observation temporelle de la dynamique de degrés de liberté comme les électrons, les phonons et les spins

Question 2

2. Quelle propriété des électrons et des trous peut-on mesurer avec des méthodes optiques résolues en temps ?

Leur durée de vie en tant que porteurs

Leur concentration à l’équilibre thermique

Leur masse au repos dans le matériau

Leur mobilité sous un champ magnétique

Explication

Les méthodes optiques résolues en temps permettent notamment de mesurer la durée de vie des porteurs, parmi lesquels les électrons et les trous. La mobilité sous champ magnétique est une autre propriété et ne correspond pas à la mesure citée ici.

Answer

Leur durée de vie en tant que porteurs

Question 3

3. Dans un cristal photonique, quelle expression donne la vitesse de groupe de la lumière en fonction de la pulsation $\omega$ et du nombre d’onde $k$ ?

v_g=\frac{\partial\omega}{\partial k}

v_g=\frac{\omega}{k}

v_g=\omega k

v_g=\frac{\partial k}{\partial\omega}

Explication

La vitesse de groupe correspond à la dérivée de la pulsation par rapport au nombre d’onde, soit $v_g=\frac{\partial\omega}{\partial k}$ . L’expression avec la dérivée inverse échange les variables et ne donne pas cette vitesse.

Answer

$$v_g=\frac{\partial\omega}{\partial k}$$

Question 4

4. Quel avantage énergétique est associé au guidage de la lumière dans les cristaux photoniques par rapport au transport électronique ?

Une vitesse de groupe indépendante de la structure du cristal

Une conversion directe du signal lumineux en courant continu

Un effet Joule inférieur

Une fréquence de transmission nécessairement plus élevée

Explication

Le guidage lumineux dans les cristaux photoniques est associé à un effet Joule inférieur à celui du transport électronique. Une fréquence de transmission plus élevée n’est pas l’avantage énergétique indiqué.

Answer

Un effet Joule inférieur

Question 5

5. Sur quelles phases repose le stockage binaire dans une mémoire à changement de phase, par exemple à base de GeTe ?

Deux états de polarisation d’un domaine ferroélectrique

Les phases amorphe et cristalline

Deux niveaux de charge électrique dans un condensateur

Deux orientations magnétiques opposées

Explication

Dans une mémoire à changement de phase, les états binaires correspondent aux phases amorphe et cristalline du matériau. Les deux orientations magnétiques relèvent d’un autre principe de mémoire.

Answer

Les phases amorphe et cristalline

Question 6

6. Comment l’écriture et la lecture sont-elles réalisées sur les CD et DVD réinscriptibles ?

Par des contacts électriques qui traversent le disque

Avec la lumière

Par une réaction chimique déclenchée par un courant continu

Par un champ magnétique appliqué à la surface

Explication

Les CD et DVD réinscriptibles sont des supports où l’écriture et la lecture s’effectuent avec la lumière. Le recours à un champ magnétique correspond à un mécanisme différent.

Answer

Avec la lumière

Question 7

7. Quel changement favorise la collecte d’énergie électrique dans une cellule photovoltaïque ?

Augmenter les collisions électron-phonon tout en réduisant la recombinaison radiative

Réduire les collisions électron-phonon tout en augmentant la recombinaison radiative

Augmenter les collisions électron-phonon et la recombinaison radiative des porteurs

Réduire les collisions électron-phonon et la recombinaison radiative des porteurs

Explication

La collecte est favorisée lorsque les collisions électron-phonon et la recombinaison radiative des porteurs diminuent. Une hausse de ces deux processus, comme dans l’option opposée, ne correspond pas à cette condition favorable.

Answer

Réduire les collisions électron-phonon et la recombinaison radiative des porteurs

Question 8

8. À quelle période les cellules photovoltaïques à pérovskites hybrides apparaissent-elles dans la chronologie considérée ?

Vers 1970, avant la deuxième génération apparue vers 1980

Vers 1980, après la première génération apparue vers 1970

Vers 2017, après les cellules de Grätzel apparues vers 2000

Vers 2000, après la deuxième génération apparue vers 1980

Explication

La chronologie situe les pérovskites hybrides vers 2017, après les cellules de Grätzel de 2000. La date de 2000 correspond aux cellules de Grätzel et non aux pérovskites hybrides.

Answer

Vers 2017, après les cellules de Grätzel apparues vers 2000

Question 9

9. Dans le modèle de Drude, quelle relation exprime la conductivité électrique en fonction de la densité d’électrons, de leur charge, du temps entre collisions et de la masse effective ?

\sigma=\frac{e^2\tau}{nm^*}

\sigma=\frac{ne\tau}{(m^*)^2}

\sigma=\frac{n(m^*)^2}{e^2\tau}

\sigma=\frac{ne^2\tau}{m^*}

Explication

Dans le modèle de Drude, la conductivité est proportionnelle à la densité d’électrons et au carré de leur charge, ainsi qu’au temps entre collisions, et inversement proportionnelle à la masse effective. L’expression avec une seule puissance de la charge et une masse effective au carré ne respecte pas cette relation.

Answer

$$\sigma=\frac{ne^2\tau}{m^*}$$

Question 10

10. Dans le modèle de Drude, que désigne $\tau$ ?

Le temps moyen entre deux recombinaisons de porteurs

La période d’oscillation propre du réseau cristallin

La durée nécessaire à un électron pour traverser l’échantillon

Le temps moyen entre deux collisions des électrons avec le réseau

Explication

Le paramètre $\tau$ représente le temps séparant deux collisions des électrons avec le réseau. Il ne désigne pas le temps de traversée de l’échantillon, qui est une autre durée physique.

Answer

Le temps moyen entre deux collisions des électrons avec le réseau

Question 11

11. Quelle plage de dimensions caractérise les systèmes nanoélectromécaniques (NEMS) présentés à l’échelle nanométrique ?

De 10 à 100 nm

De 100 à 500 nm

De 10 à 100 µm

De 1 à 10 nm

Explication

Les NEMS considérés ont des dimensions caractéristiques comprises entre 10 et 100 nm. Une plage de 100 à 500 nm est plus grande que celle donnée pour ces systèmes.

Answer

De 10 à 100 nm

Question 12

12. Quelle application des sources cohérentes de phonons acoustiques consiste à agir sur le réseau par la lumière ?

Accroître la conductivité du réseau en modifiant la densité de porteurs

Mesurer la composition chimique du réseau grâce à l’absorption lumineuse

Stabiliser la température du réseau en supprimant les vibrations thermiques

Contrôler le mouvement du réseau et sa déformation au moyen de la lumière

Explication

Une application présentée est le contrôle, par la lumière, du mouvement du réseau et de sa déformation. La mesure de la composition chimique par absorption n’est pas l’application indiquée pour ces sources de phonons cohérents.

Answer

Contrôler le mouvement du réseau et sa déformation au moyen de la lumière

Question 13

13. Quelles méthodes peuvent générer des phonons optiques cohérents ?

La diffusion Raman stimulée ou l’excitation displacive associée au potentiel de déformation

La thermoélasticité ou l’excitation displacive associée à la diffusion Brillouin

La diffusion Brillouin stimulée ou la thermoélasticité associée à une impulsion acoustique

La diffusion Raman spontanée ou l’échauffement optique sans potentiel de déformation

Explication

Les phonons optiques cohérents peuvent être photogénérés par diffusion Raman stimulée ou par excitation displacive associée au potentiel de déformation. La thermoélasticité est une voie de génération des phonons acoustiques, et non l’une des méthodes indiquées ici pour les phonons optiques.

Answer

La diffusion Raman stimulée ou l’excitation displacive associée au potentiel de déformation

Question 14

14. Un dispositif doit photogénérer des phonons acoustiques cohérents : quelles voies sont adaptées ?

La diffusion Raman stimulée ou la thermoélasticité

La diffusion Brillouin spontanée ou le potentiel de déformation

Le potentiel de déformation ou la thermoélasticité

L’excitation displacive ou la diffusion Raman stimulée

Explication

Les phonons acoustiques peuvent être photogénérés par potentiel de déformation ou par thermoélasticité. La diffusion Raman stimulée est plutôt mentionnée comme méthode de génération des phonons optiques cohérents.

Answer

Le potentiel de déformation ou la thermoélasticité

Question 15

15. Dans une expérience d’acoustique picoseconde, quel dispositif permet de générer et de détecter des phonons acoustiques dans un film et son substrat ?

Une expérience optique pompe-sonde

Une mesure ultrasonore en transmission directe

Une microscopie électronique en réflexion

Une expérience Raman sans impulsion de pompe

Explication

L’acoustique picoseconde s’appuie sur une expérience optique pompe-sonde pour générer et détecter des phonons acoustiques dans le film et son substrat. Une mesure ultrasonore en transmission directe ne décrit pas le dispositif optique pompe-sonde utilisé ici.

Answer

Une expérience optique pompe-sonde

Question 16

16. Que permet l’analyse des échos acoustiques détectés par optoacoustique laser dans une nanostructure ?

Cartographier sa composition chimique et mesurer sa conductivité électrique

Réaliser une échographie et évaluer l’élasticité à l’échelle nanométrique

Mesurer sa température moyenne et déterminer sa structure cristalline

Observer sa morphologie de surface et établir sa composition isotopique

Explication

La détection des échos acoustiques par optoacoustique laser permet l’échographie de nanostructures et l’évaluation de leur élasticité à l’échelle nanométrique. La mesure de conductivité électrique porte sur une autre propriété et ne découle pas de cette caractérisation acoustique.

Answer

Réaliser une échographie et évaluer l’élasticité à l’échelle nanométrique

Question 17

17. Pour une nanoparticule de diamètre $D$ , comment varie sa fréquence de résonance acoustique si la vitesse du son $V_s$ reste constante et que son diamètre double ?

Elle est multipliée par quatre, car

f=\frac{V_s}{2D}

.

Elle reste inchangée, car

f=\frac{V_s}{2D}

.

Elle double, car

f=\frac{V_s}{2D}

.

Elle est divisée par deux, car

f=\frac{V_s}{2D}

.

Explication

La relation $f=\frac{V_s}{2D}$ rend la fréquence inversement proportionnelle au diamètre lorsque $V_s$ est constant : doubler $D$ divise donc $f$ par deux. La réponse qui prévoit une fréquence doublée inverse à tort cette dépendance.

Answer

Elle est divisée par deux, car $$f=\frac{V_s}{2D}$$.

QCM : Phénomènes ultrarapides dans les solides (17 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Que désigne l’étude d’un phénomène ultrarapide dans un solide ?

2. Quelle propriété des électrons et des trous peut-on mesurer avec des méthodes optiques résolues en temps ?

3. Dans un cristal photonique, quelle expression donne la vitesse de groupe de la lumière en fonction de la pulsation $\omega$ et du nombre d’onde $k$ ?

4. Quel avantage énergétique est associé au guidage de la lumière dans les cristaux photoniques par rapport au transport électronique ?

5. Sur quelles phases repose le stockage binaire dans une mémoire à changement de phase, par exemple à base de GeTe ?

6. Comment l’écriture et la lecture sont-elles réalisées sur les CD et DVD réinscriptibles ?

7. Quel changement favorise la collecte d’énergie électrique dans une cellule photovoltaïque ?

8. À quelle période les cellules photovoltaïques à pérovskites hybrides apparaissent-elles dans la chronologie considérée ?

9. Dans le modèle de Drude, quelle relation exprime la conductivité électrique en fonction de la densité d’électrons, de leur charge, du temps entre collisions et de la masse effective ?

10. Dans le modèle de Drude, que désigne $\tau$ ?

11. Quelle plage de dimensions caractérise les systèmes nanoélectromécaniques (NEMS) présentés à l’échelle nanométrique ?

12. Quelle application des sources cohérentes de phonons acoustiques consiste à agir sur le réseau par la lumière ?

13. Quelles méthodes peuvent générer des phonons optiques cohérents ?

14. Un dispositif doit photogénérer des phonons acoustiques cohérents : quelles voies sont adaptées ?

15. Dans une expérience d’acoustique picoseconde, quel dispositif permet de générer et de détecter des phonons acoustiques dans un film et son substrat ?

16. Que permet l’analyse des échos acoustiques détectés par optoacoustique laser dans une nanostructure ?

17. Pour une nanoparticule de diamètre $D$ , comment varie sa fréquence de résonance acoustique si la vitesse du son $V_s$ reste constante et que son diamètre double ?

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QCM : Phénomènes ultrarapides dans les solides (17 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Que désigne l’étude d’un phénomène ultrarapide dans un solide ?

2. Quelle propriété des électrons et des trous peut-on mesurer avec des méthodes optiques résolues en temps ?

3. Dans un cristal photonique, quelle expression donne la vitesse de groupe de la lumière en fonction de la pulsation ω\omegaω et du nombre d’onde kkk ?

4. Quel avantage énergétique est associé au guidage de la lumière dans les cristaux photoniques par rapport au transport électronique ?

5. Sur quelles phases repose le stockage binaire dans une mémoire à changement de phase, par exemple à base de GeTe ?

6. Comment l’écriture et la lecture sont-elles réalisées sur les CD et DVD réinscriptibles ?

7. Quel changement favorise la collecte d’énergie électrique dans une cellule photovoltaïque ?

8. À quelle période les cellules photovoltaïques à pérovskites hybrides apparaissent-elles dans la chronologie considérée ?

9. Dans le modèle de Drude, quelle relation exprime la conductivité électrique en fonction de la densité d’électrons, de leur charge, du temps entre collisions et de la masse effective ?

10. Dans le modèle de Drude, que désigne τ\tauτ ?

11. Quelle plage de dimensions caractérise les systèmes nanoélectromécaniques (NEMS) présentés à l’échelle nanométrique ?

12. Quelle application des sources cohérentes de phonons acoustiques consiste à agir sur le réseau par la lumière ?

13. Quelles méthodes peuvent générer des phonons optiques cohérents ?

14. Un dispositif doit photogénérer des phonons acoustiques cohérents : quelles voies sont adaptées ?

15. Dans une expérience d’acoustique picoseconde, quel dispositif permet de générer et de détecter des phonons acoustiques dans un film et son substrat ?

16. Que permet l’analyse des échos acoustiques détectés par optoacoustique laser dans une nanostructure ?

17. Pour une nanoparticule de diamètre DDD, comment varie sa fréquence de résonance acoustique si la vitesse du son VsV_sVs​ reste constante et que son diamètre double ?

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3. Dans un cristal photonique, quelle expression donne la vitesse de groupe de la lumière en fonction de la pulsation $\omega$ et du nombre d’onde $k$ ?

10. Dans le modèle de Drude, que désigne $\tau$ ?

17. Pour une nanoparticule de diamètre $D$ , comment varie sa fréquence de résonance acoustique si la vitesse du son $V_s$ reste constante et que son diamètre double ?