Interaction matière-rayonnement électromagnétique

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Intitulé de l’enseignement
Code UE
Crédits
Interaction matière-rayonnement électromagnétique
CHIM-B15-S2
3 ECTS

 

 
Responsable:
Richard Taïeb
Laboratoire de Chimie Physique-Matière et Rayonnement (UMR 7614 CNRS), Université Pierre et Marie Curie, 11 rue Pierre et Marie Curie, 75231 Paris CEDEX 05. Tél : 01 44 27 63 05; Fax : 01 44 27 62 26; email: richard.taieb@cupmc.fr
 
Intervenant:
Richard Taïeb
 
 
Tuteur:
Sylvain Clède:  sylvain.clede@ens.fr
 
 
Présentation pédagogique
 
Présentation des principes fondamentaux de l'interaction entre rayonnement électromagnétique et "petits" systèmes dans le but de donner les bases théoriques à l'étude spectroscopique de la matière.
 
Pré-requis: Mécanique Quantique L3S1 + outils mathématiques
 
 
Description
Volumes horaires globaux : 30h (Cours + TE)
Les étudiants sont vivement encouragés à prendre contact avec le tuteur (Guillaume Stirnemann).
Validation : Contrôle continu : (qui détermine 30 % de la note finale) se fera sous forme de "colles" de 15 min par élève au cours du semestre.
Examen terminal : examen écrit d'une durée de 2h représentant 70% de la note.
 
Programme
 
Les phénomènes fondamentaux
- Interaction des particules chargées avec le rayonnement électromagnétique.
- Les échanges d'énergie rayonnement-matière : émission, absorption, diffusion du rayonnement. Dépendance en fréquence de l'importance relative de ces phénomènes.
- Introduction aux aspects quantiques des interactions rayonnement-matière : les photons et la quantification du rayonnement. Emission stimulée et émission spontanée: coefficients d'Einstein.
- Les dualités onde-particule et temps-fréquence. Importance des inégalités d'Heisenberg.
- Approche classique de l'interaction.
 
Interaction d'un système quantique (atome, molécule, spin...) avec le rayonnement
- L'équation de Schrödinger dépendante du temps et l'hamiltonien d'interaction dipolaire.
- Solutions approchées: théorie des perturbations dépendantes du temps.
- Probabilités de transition : "Règle d'or" de Fermi.
- Généralités sur les règles de sélection.
- Applications:
- Spectres d'émission et d'absorption (IR-UV-X).
- Spectres de diffusion Raman (Stokes, anti-Stokes);
- Diffusion des rayons X (Diffusion Rayleigh et diffusion Thomson)
- Généralités sur la dynamique des systèmes à deux niveaux (ex: évolution temporelle d'un spin soumis à un champ magnétique dépendant du temps. Fréquence de Rabi), introduction à la notion de matrice densité et équation pilote.
 
Ouvrages/Articles recommandés
 
- Photons et Atomes par C. Cohen-Tannoudji, J. Dupont-Roc, G. Grynberg.
- Physical Chemistry par P.W. Atkins.