4. Effets magnéto-optiques de la matière condensée
• Niveaux de Landau des solides
Dans les liquides, les substances vitreuses et les cristaux, les atomes, molécules ou ions constituants sont très voisins les uns des autres (quelques dixièmes de nanomètre) et ils interagissent donc très fortement. Il en résulte que les spectres observés sont généralement très différents de ceux des atomes ou des molécules libres.
Dans la plupart des cas, on doit considérer que les électrons optiques d'un cristal ne sont pas liés à un noyau particulier, mais qu'ils appartiennent en bloc à l'ensemble de l'échantillon, se répartissant en bandes d'énergie, dont la bande de valence, la dernière à être normalement peuplée, et la bande de conduction, la première à être normalement vide (cf. matière - État solide). Dans chaque bande existe un quasicontinuum d'états quantiques. Landau a montré que, sous l'effet d'un champ magnétique B, ce quasi-continuum se condense en sous-bandes (niveaux de Landau) séparées par l'écart énergétique Ec = hBe/2 πm *, où m * est la masse effective des électrons de la bande considérée. On observe, d'une part des transitions entre deux niveaux de Landau de la même bande (résonance cyclotron en ondes centimétriques ou infrarouges lointaines) et, d'autre part, des transitions entre un niveau de Landau appartenant à la bande de valence et un niveau de Landau appartenant à la bande de conduction. C'est le phénomène de magnéto-absorption, observé dans le proche infrarouge pour les semiconducteurs, et qui pourrait être observé dans l'ultraviolet pour les isolants. Le front du côté des grandes longueurs d'onde de la bande d'absorption fondamentale, qui a une forme douce en absence de champ magnétique, présente, quand B est non nul, des accidents dont la position dépend de B d'une façon un peu analogue à celle des composantes Zeeman des spectres atomiques. L'extrapolation pour B = 0 de la position de ces composantes permet une détermination précise de la distance énergétique entre bande de valence et bande de conduction.
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