Description du programme

Diplôme de 2e cycle en nanomatériaux et caractérisations de pointe

Cette page était à jour le 18 juin 2012 et constitue la version officielle de ce programme. L’Université se réserve le droit de modifier ses programmes sans préavis.

RENSEIGNEMENTS

819 821-7088 (téléphone)
819 821-8017 (télécopieur)
chimie@USherbrooke.ca (adresse électronique)

RESPONSABILITÉ

Département de chimie
Faculté des sciences

LIEUX DE FORMATION ET TRIMESTRES D'ADMISSION

  • Sherbrooke : admission aux trimestres d’automne et d’hiver

OBJECTIFS

Permettre à l'étudiante ou à l'étudiant :

  • d'approfondir ses connaissances en sciences des nanomatériaux selon une approche multidisciplinaire associée à cette discipline;
  • de parfaire ses connaissances fondamentales et de s'initier à l'utilisation des techniques avancées de caractérisation des nanomatériaux;
  • d'amorcer une spécialisation dans un secteur de cette science;
  • de s'initier à la recherche sur les nanomatériaux.

ADMISSION

Condition générale

Grade de 1er cycle en chimie, en physique, en génie chimique ou physique, ou l'équivalent.

Condition particulière

Avoir obtenu une moyenne cumulative d'au moins 2,7 dans un système où la note maximale est de 4,3, ou avoir obtenu des résultats scolaires jugés équivalents. La Faculté peut néanmoins admettre une candidate ou un candidat ne satisfaisant pas à cette condition particulière d'admission. Dans un tel cas, la Faculté peut, conformément au Règlement des études, imposer à l'étudiante ou à l'étudiant des activités pédagogiques d'appoint.

RÉGIMES DES ÉTUDES ET D'INSCRIPTION

Régime régulier à temps complet

CRÉDITS EXIGÉS : 30

PROFIL DES ÉTUDES

Activités pédagogiques obligatoires (9 crédits)

CPH 715Conception de matériaux intelligents (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

CPH 715

3 cr.

Conception de matériaux intelligents

Cible(s) de formation

Découvrir le monde fascinant des matériaux intelligents. Étudier plusieurs sujets d’actualité et d’intérêt élevé pour des applications. Pour chaque type de matériau, étudier la relation structure-propriété ainsi que les processus et mécanismes au niveau moléculaire conduisant à un comportement ou à une fonction intelligente. Comprendre les principes et stratégies de conception rationnelle. Mettre en application des notions acquises antérieurement, acquérir de nouvelles connaissances et, plus important, développer une capacité d'analyse et de réflexion logiques ainsi qu'un sens de la créativité.

Contenu

Polymères autoréparables (matériau capable de réparer une fracture tout seul); matériaux à mémoire de forme (matériau retrouvant une forme voulue en réaction à un stimulus); nanoparticules d’or stimuli-réactifs (nanoparticules dont la résonance des plasmons de surface peut être contrôlée par stimuli); points quantiques pour cellules photovoltaïques (points quantiques au service de l’énergie); polymères photodéformables (matériaux pouvant être déformés par la lumière); cristaux photoniques pour affichage électronique (cristaux photoniques pour écran flexible).


GCH 740Techniques de caractérisation des matériaux (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

GCH 740

3 cr.

Techniques de caractérisation des matériaux

Cible(s) de formation

Maîtriser les diverses techniques modernes de caractérisation des matériaux et être capable de résoudre des problèmes pratiques d'identification, de réaction, d'altération, d'évolution, de vieillissement de matériaux couramment utilisés par les ingénieures et ingénieurs.

Contenu

Microscopie optique, préparation des échantillons et applications. Limites d'utilisation. Interaction des rayonnements avec la matière (cas des RX et des électrons). Diffraction X. Fluorescence X. Microscopie électronique à balayage, ESCA, Auger, microscopie à transmission. Spectrométrie de masse des ions secondaires, activation neutronique, microscope à effet tunnel et environnemental. Caractérisation de la granularité, de la granulométrie de la surface spécifique.

Préalable(s)

GBT 106 ou GCH 106
Avoir complété 5 sessions


PHY 710Techniques de caractérisation des matériaux II (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

PHY 710

3 cr.

Techniques de caractérisation des matériaux II (2-2-5)

Cible(s) de formation

S'initier aux diverses techniques modernes de micro- et nanocaractérisation des matériaux. Apprendre à utiliser et à maîtriser quelques-uns des outils de caractérisation de pointe.

Contenu

Microscopie électronique à haute résolution, cathodoluminescence, microscopie par force atomique et microscopie tunnel (AFM, STM). Microscopie optique en champ proche, microscopie optique confocale, micro-Raman.


Activités pédagogiques à option (21 crédits)

BLOC A (9 crédits)

Une activité pédagogique choisie parmi les suivantes :

CPH 720Projet de spécialité en matériaux fonctionnels (9 cr.)

Description de l'activité pédagogique

CPH 720

9 cr.

Projet de spécialité en matériaux fonctionnels

Cible(s) de formation

Développer par l'expérimentation et l'analyse des résultats un esprit de synthèse et appliquer les connaissances acquises en nanomatériaux et techniques de caractérisation de pointe à la réalisation d'un projet de spécialité d'envergure moyenne.

Contenu

Le contenu du projet sera déterminé en accord avec une professeure ou un professeur du Département de chimie et approuvé par la directrice ou le directeur du Département.


PHY 720Projet de spécialité en matériaux de pointe (9 cr.)

Description de l'activité pédagogique

PHY 720

9 cr.

Projet de spécialité en matériaux de pointe

Cible(s) de formation

Développer par l'expérimentation et l'analyse des résultats un esprit de synthèse et appliquer les connaissances acquises en nanomatériaux et techniques de caractérisation de pointe à la réalisation d'un projet de spécialité d'envergure moyenne.

Contenu

Le contenu du projet sera déterminé en accord avec une professeure ou un professeur du Département de physique et approuvé par la directrice ou le directeur du Département.


BLOC B (12 crédits)

Activités pédagogiques choisies parmi les suivantes, avec l'accord de la direction du programme :

COR 709Chimie macromoléculaire et supramoléculaire (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

COR 709

3 cr.

Chimie macromoléculaire et supramoléculaire (3-0-6)

Cible(s) de formation

Se familiariser avec la chimie supramoléculaire et macromoléculaire. Savoir utiliser la reconnaissance moléculaire, l'autoassemblage, les concepts de macrocyclisation pour fabriquer des dispositifs moléculaires et supramoléculaires.

Contenu

Concepts généraux de chimie macromoléculaire et supramoléculaire; incorporation, exploitation de la reconnaissance moléculaire et de l'autoassemblage en médecine, informatique, matériaux et chimie verte; contrôle de la topologie durant la synthèse des nœuds moléculaires et caténanes; catalyse et photochimie supramoléculaire; stratégies de macrocyclisation; synthèses de molécules bio-organiques, organiques et organométalliques.


CPH 702Thermodynamique statistique (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

CPH 702

3 cr.

Thermodynamique statistique (3-0-6)

Cible(s) de formation

Approfondir les méthodes qui permettent d'obtenir les propriétés thermodynamiques macroscopiques à partir des propriétés moléculaires et d'un modèle moléculaire d'un système physicochimique.

Contenu

Rappel de thermodynamique. Méthode des ensembles. Distribution la plus probable. Fonctions thermodynamiques. Fluctuations. Statistiques Fermi-Dirac, Bose-Einstein et Maxwell-Boltzmann. Gaz parfaits monoatomique, diatomique et polyatomique. Équilibre chimique. Lien entre les mécaniques statistique, quantique et classique. Gaz parfaits Fermi-Dirac et Bose-Einstein faiblement et fortement dégénérés; gaz d'électrons et condensation Bose-Einstein. Radiation du corps noir. Propriétés thermodynamiques des cristaux. Gaz imparfaits. Fonctions de distribution. Modèles de l'état liquide et des solutions. Statistiques sur les réseaux. Adsorption. Approximation Bragg-Williams.


CPH 709Chimie des solutions et colloïdes (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

CPH 709

3 cr.

Chimie des solutions et colloïdes (3-1-5)

Cible(s) de formation

Être en mesure d'analyser les principaux phénomènes moléculaires ou supramoléculaires qui déterminent les propriétés physicochimiques des solutions et des systèmes colloïdaux.

Contenu

Introduction à divers concepts fondamentaux dans le domaine de dimension compris entre le moléculaire et le macroscopique : énergie de surface, interface de Gibbs, effets de taille; propriétés des interfaces neutres ou électriquement chargées, macromolécules; colloïdes d'associations et structure aux interfaces; interactions entre composantes d'un système colloïdal; méthodes d'étude et de caractérisation des systèmes colloïdaux.


CPH 710Projet expérimental en chimie (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

CPH 710

3 cr.

Projet expérimental en chimie

Cible(s) de formation

Concevoir et réaliser de façon autonome un projet expérimental dans le domaine de la chimie dont le sujet choisi porte sur les nanomatériaux et caractérisations de pointe.

Contenu

Conception et réalisation d'un projet expérimental dans le domaine de la chimie qui intègre les connaissances préalables en nanomatériaux et caractérisations de pointe; utilisation des techniques expérimentales avancées adaptées à la problématique choisie. Rédaction d'un rapport écrit et présentation orale du projet expérimental auprès de ses pairs et des professeurs à la fin du trimestre.


CPH 711Les matériaux fonctionnels (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

CPH 711

3 cr.

Les matériaux fonctionnels

Cible(s) de formation

Acquérir les connaissances de base dans les domaines de la chimie développés récemment au sujet des matériaux fonctionnels. Développer une culture scientifique large dans ce domaine, grâce à une sensibilisation à la multidisciplinarité inhérente à ce thème.

Contenu

Les sujets traités pourront être : les nanotubes de carbone, les nanocomposites, les matériaux à base de fibres naturelles et les matériaux composites, les polymères, les polymères conjugués, les dendrimères, la micro et la nanofabrication, la spectroscopie de films minces, les adjuvants pour matériaux cimentaires, les nanomatériaux pour l’imagerie par résonance magnétique moléculaire et cellulaire, la résonance magnétique nucléaire (RMN) du solide appliquée aux matériaux, les techniques de caractérisation et l’approche multiéchelles dans l’étude des matériaux.


CPH 713Électrochimie et énergies propres (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

CPH 713

3 cr.

Électrochimie et énergies propres (3-1-5)

Cible(s) de formation

Acquérir, comprendre et appliquer les notions de base reliées à l'électrochimie et aux méthodes électroanalytiques; déduire les différents processus qui se passent aux électrodes et matériaux électrocatalytiques utilisés comme sources d'énergie et divers procédés électrolytiques industriels.

Contenu

Principes de base, méthodes d'analyse et applications de l'électrochimie. Conductivité électrique et interactions inter-ioniques. Potentiel d'électrode et structure de la double couche électrique. Cinétique et mécanisme des réactions, courbes de polarisation. Techniques électroanalytiques. Applications électrochimiques énergétiques, industrielles et environnementales.


CPH 714Orbitales moléculaires et modélisation (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

CPH 714

3 cr.

Orbitales moléculaires et modélisation (2-2-2)

Cible(s) de formation

Appliquer les principes de la chimie quantique à la chimie moléculaire inorganique et organique; s'initier à la modélisation et à la visualisation graphique par des logiciels commerciaux utilisés en recherche et en industrie.

Contenu

Théorie de la méthode des orbitales moléculaires, approximation Born-Oppenheimer, H2+, méthode du champ autocohérent, description de la liaison chimique, exemples de chimie inorganique, organique, organométallique, diagramme de corrélation, diagrammes de Walsh, règles de Woodward-Hoffman, utilisation des programmes GAUSS, GAMES DFT, etc.


CPH 716Chimie des matériaux (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

CPH 716

3 cr.

Chimie des matériaux (3-1-5)

Cible(s) de formation

Établir des liens entre les concepts de chimie de l'état solide et les propriétés physiques et fonctionnelles de diverses classes de matériaux d'intérêt industriel.

Contenu

Étude de la composition, de la microstructure et du comportement de divers matériaux regroupés en classes types : métaux et alliages; céramiques; semi-conducteurs; supraconducteurs; matériaux magnétiques; matériaux composites.


CPH 718Surfaces, interfaces et nanosciences (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

CPH 718

3 cr.

Surfaces, interfaces et nanosciences (3-1-5)

Cible(s) de formation

Introduction à la chimie des surfaces et des interfaces.

Contenu

Description atomistique de la structure géométrique et électronique des surfaces; thermodynamique et équilibre aux interfaces; isothermes d'adsorption; cinétique des processus réactionnels aux interfaces; nature de la liaison chimique aux surfaces et interfaces; éléments de catalyse hétérogène; description des techniques de caractérisation chimique des surfaces et des interfaces; imagerie de surface, manipulation, et assemblages atomiques et moléculaires aux interfaces; dynamique interfaciale; fonctionnalisation des surfaces et auto-assemblage; chimie dans les nanosciences.


CPH 787Sujets de pointe en chimie physique I (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

CPH 787

3 cr.

Sujets de pointe en chimie physique I

Cible(s) de formation

Connaître les domaines de la chimie qui se sont développés récemment et qui ne font pas encore l'objet de livres; saisir les fondements de ces domaines au point de pouvoir en faire une synthèse.

Contenu

Par définition, les sujets choisis seront portés à évoluer rapidement. À titre d'exemples, les sujets traités pourront être la microscopie à effet tunnel, les microscopies à force atomique, le contrôle cohérent de réactions chimiques par lasers, les effets multiphotoniques en RMN de solides.


GEI 714Dispositifs électroniques sur silicium et matériaux III-V (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

GEI 714

3 cr.

Dispositifs électroniques sur silicium et matériaux III-V

Cible(s) de formation

Acquérir les connaissances théoriques et pratiques nécessaires à la fabrication de composants électroniques et optoélectroniques à haute vitesse à base de silicium et de matériaux III-V.

Contenu

Matériaux, technologies et blocs élémentaires : propriétés des matériaux, technologie avancée de fabrication et blocs élémentaires de conception de dispositifs. Dispositifs à effet champ et de potentiel : MOSFET à canal court, CCD, MESFET, MODFET, HEMT, HBT et dispositifs à mémoire. Dispositifs à effets quantique et photonique: diodes à effet tunnel résonnant, transistors bipolaires à effet tunnel résonnant avec double barrière de base, transistors à super-réseau, diodes IMPATT, dispositifs GUNN, diodes émettrices de lumière, laser semi-conducteurs, photodiodes p-i-n et photodiodes à avalanche. Application aux circuits intégrés.


GMC 760Nanocaractérisation des semi-conducteurs (1 cr.)

Description de l'activité pédagogique

GMC 760

1 cr.

Nanocaractérisation des semi-conducteurs

Cible(s) de formation

Se familiariser avec les méthodes de caractérisation des matériaux utilisés en micro-ingénierie, afin de permettre une sélection éclairée dans le cadre d'un projet de recherche. Développer une approche critique et utilitaire de la caractérisation des semi-conducteurs. Élargir ses connaissances fonctionnelles d'un maximum de techniques de caractérisation.

Contenu

Théorie des matériaux cristallins. Mesures optiques : photoluminescence, interférométrie, ellipsométrie, diffusion Raman, diffraction des rayons-X, mesures optiques de surface. Mesures par faisceaux de particules chargées : microscopie électronique, diffractions des électrons, faisceaux d'ions.


GMC 761Genèse et caractérisation des couches minces (2 cr.)

Description de l'activité pédagogique

GMC 761

2 cr.

Genèse et caractérisation des couches minces

Cible(s) de formation

Développer une connaissance générale de la croissance épitaxiale de couches minces de semi-conducteurs. Comprendre les principes physicochimiques gouvernant le processus de croissance. Reconnaître les principales différences entre les techniques de croissance épitaxiale.

Contenu

Rudiments de cristallographie. Reconstruction de surfaces. Modes de croissance. Nanostructures. Boîtes quantiques. Fils quantiques. Caractérisation des couches. Applications spéciales. Nitrures. Oxydes. Couches magnétiques. Autres techniques de dépôt. Épitaxie assistée par laser. Épitaxie en phase vapeur aux hydrures (HVPE). Dépôt par laser pulsé.


PHY 715Projet expérimental en physique (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

PHY 715

3 cr.

Projet expérimental en physique

Cible(s) de formation

Concevoir et réaliser de façon autonome un projet expérimental dans le domaine de la physique portant sur les nanomatériaux et caractérisations de pointe.

Contenu

Conception et réalisation d'un projet expérimental dans le domaine de la physique intégrant les connaissances préalables en nanomatériaux et caractérisations de pointe; utilisation des techniques expérimentales avancées adaptées à la problématique choisie. Rédaction d'un rapport écrit et présentation orale du projet expérimental auprès de ses pairs et des professeures et professeurs à la fin du trimestre.


PHY 723Physique des micro et nanostructures (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

PHY 723

3 cr.

Physique des micro et nanostructures

Cible(s) de formation

Comprendre les concepts physiques décrivant les propriétés électroniques et optiques des micro et nanostructures, et les applications aux dispositifs avancés.

Contenu

Structure de bandes électroniques des semi-conducteurs. Gaz électronique à dimensionnalité réduite, quantification électrique. Nanocristaux, micro et nanostructures. Impuretés et états de surface. Propriétés optiques linéaires et non linéaires : règles de sélection, effet Kerr, effet photoréfractif, électroabsorption, amplification optique. Matériaux à gap photonique, cavités et guides d'ondes. Applications aux sources laser, aux sources à photon unique, aux photodétecteurs, ainsi qu'aux mémoires optiques.


PHY 724Physique mésoscopique (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

PHY 724

3 cr.

Physique mésoscopique (3-0-6)

Cible(s) de formation

Maîtriser les concepts physiques nécessaires à la compréhension des mécanismes de transport électronique dans les systèmes mésoscopiques et nanométriques.

Contenu

Introduction. Transmission versus conductance: « un concept important ». Transport quantique et localisation d'Anderson. Cohérence de phase. Blocage de Coulomb : transport à un électron. Nanotubes de carbone et liquides de Luttinger. Effet Hall quantique.


PHY 730Physique de la matière condensée avancée (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

PHY 730

3 cr.

Physique de la matière condensée avancée (3-0-6)

Cible(s) de formation

Comprendre les concepts fondamentaux et le formalisme théorique permettant de décrire le comportement physique des solides cristallins et être capable d'utiliser ces notions pour résoudre des problèmes complexes.

Contenu

Propriétés thermodynamiques du gaz d'électrons libres; propriétés et méthodes de calcul de la structure de bande d'un cristal; théorie quantique des modes de vibration des cristaux; théorie semi-classique du transport dans les métaux et semi-conducteurs (conductivités thermique et électriques); interaction lumière-matière et théorie de la diffusion des neutrons par les cristaux; gaz d'électrons en interaction (écrantage et théorie des liquides de Fermi).


PHY 760Méthodes expérimentales en physique du solide (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

PHY 760

3 cr.

Méthodes expérimentales en physique du solide (3-0-6)

Cible(s) de formation

S'initier aux divers outils expérimentaux utilisés couramment dans l'étude des propriétés physiques des matériaux.

Contenu

Diffraction : rayons X, neutrons, et électrons. Chaleur spécifique et transitions de phase. Photoémission, effet de Haas-van Alphen, effet tunnel, et effet des corrélations. Transport : résistivité, effet Hall, magnétorésistance, effet Shubnikov-de Haas, pouvoir thermoélectrique, et conductivité thermique, hyperfréquences et micro-ondes. Spectroscopie infrarouge, diffusion Raman, impulsions ultra-courtes, résonance cyclotron. Magnétisme, résonance magnétique nucléaire et résonance paramagnétique électronique. Jonctions Josephson et SQUID.


PHY 775Optique moderne (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

PHY 775

3 cr.

Optique moderne (3-1-5)

Cible(s) de formation

Se familiariser avec des applications modernes en optique (laser, optique non linéaire, optique de Fourier).

Contenu

Notions de cohérences spatiale et temporelle, optique de Fourier, holographie, applications aux techniques de lithographie submicronique, caractéristiques du rayonnement laser, pompages optique et électrique, laser à semi-conducteur, laser à impulsions courtes, origines des non-linéarités optiques, tenseur de susceptibilité, biréfringences naturelle et induite électriquement (effet Kerr et effet Pockels), phénomènes d'auto-action de la lumière (effet photoréfractif et autofocalisation lumineuse), processus paramétriques, applications aux modulateurs optiques.

Préalable(s)

PHQ 585


PHY 785Physique de la matière condensée (3 cr.)

Description de l'activité pédagogique

PHY 785

3 cr.

Physique de la matière condensée (3-1-5)

Cible(s) de formation

Intégrer les grands concepts de l'électromagnétisme, de la mécanique quantique et de la physique statistique en vue d'une description des structures cristallines et électroniques des solides macroscopiques.

Contenu

Réseaux périodiques. Loi de Bragg, réseau réciproque. Liaisons cristallines, solides quantiques. Phonons optiques et acoustiques, thermostatique des phonons, processus umklapp. Électrons sans interactions, transport, effet Hall. Bandes d'énergie, approche de liaisons fortes. Semi-conducteurs, masse effective, trous et électrons. Surfaces de Fermi et effet de Haas-van-Alphen. Plasmons, polaritons, supraconductivité.

Préalable(s)

PHQ 430 et PHQ 440