Physique de l'échec (PoF)

La limite de Shockley-Queisser représente le rendement théorique maximal d'une cellule solaire à jonction pn unique. Elle ne prend en compte que la recombinaison radiative et les pertes par rayonnement du corps noir. Pour une cellule à jonction unique présentant une bande interdite optimale de 1,34 eV sous un éclairage solaire standard (AM1,5G), le rendement maximal est d'environ 33,7 %. Cette limite fondamentale guide la recherche et la conception des cellules solaires.

Développé par l'ingénieur français Pierre Bézier pour Renault dans les années 1960, UNISURF fut l'un des premiers véritables systèmes de CAO/FAO 3D. Son innovation principale résidait dans l'utilisation de ce que l'on appelle aujourd'hui les courbes et surfaces de Bézier. Il s'agit de courbes paramétriques définies par un ensemble de points de contrôle, permettant la création intuitive et mathématique de formes libres complexes pour les carrosseries automobiles.

L'effet de taille quantique décrit le phénomène par lequel les propriétés électroniques et optiques d'un matériau changent lorsque sa taille se rapproche de l'échelle nanométrique. Lorsque les dimensions d'un matériau deviennent comparables à la longueur d'onde de Broglie de l'électron, un confinement quantique se produit. Cela quantifie les niveaux d'énergie des électrons, ce qui conduit à une bande interdite dépendant de la taille, [latex]E_g(R) \approx E_{g,\b\u\lk} + \frac{\hbar^2\pi^2}{2R^2}(\frac{1}{m_e^*} + \frac{1}{m_h^*})[/latex].

L'auto-assemblage moléculaire est un processus ascendant où les molécules s'organisent spontanément en structures ordonnées, sans intervention extérieure. Ce phénomène, régi par des interactions non covalentes comme les liaisons hydrogène, les effets hydrophobes et les forces de van der Waals, est fondamental en biologie (par exemple, le repliement des protéines et la formation de bicouches lipidiques). Dans les biomatériaux, il est exploité pour créer des matériaux nanostructurés complexes comme les hydrogels et les nanofibres destinés à des applications biomédicales.

La norme ISO 5725 définit l'exactitude comme la combinaison de la justesse et de la précision. La justesse est la proximité de la moyenne d'une grande série de mesures par rapport à la valeur de référence acceptée, ce qui quantifie l'erreur systématique ou le biais. La précision est l'étroitesse de l'accord entre un ensemble de résultats, qui quantifie l'erreur aléatoire. L'exactitude exige donc à la fois une grande justesse et une grande précision.

Le CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) est la technologie dominante pour la construction de circuits intégrés. Il utilise des paires complémentaires de MOSFET de type p et de type n pour construire des portes logiques. Son principal avantage est une très faible consommation d'énergie statique, car un transistor de la paire est toujours bloqué en régime permanent, ce qui minimise le flux de courant, sauf lors des transitions de commutation.

La synthèse descendante consiste à créer des nanomatériaux en partant d'un matériau massif et volumineux, puis en le décomposant ou en le modelant à l'échelle nanométrique. Les techniques clés incluent des méthodes mécaniques comme le broyage à billes et des méthodes lithographiques comme la photolithographie, la lithographie par faisceau d'électrons et la lithographie par nano-impression. Ces méthodes sont souvent utilisées pour créer des surfaces structurées et des circuits intégrés, mais peuvent présenter des imperfections de surface.

L'électronique moléculaire explore l'utilisation de molécules individuelles ou d'ensembles moléculaires nanométriques comme composants électroniques fondamentaux. Cette approche vise à construire des circuits à la limite de la miniaturisation, bien au-delà des technologies traditionnelles à base de silicium. Parmi les composants clés, on trouve les fils, les commutateurs et les redresseurs moléculaires, qui exploitent les propriétés de la mécanique quantique, comme l'effet tunnel des électrons à travers les orbitales moléculaires.

Les batteries lithium-ion fonctionnent grâce à un mécanisme d'intercalation, une insertion réversible d'ions dans un matériau hôte en couches. Pendant la décharge, les ions lithium ([latex]Li^+[/latex]) se désintègrent d'une électrode négative (anode), généralement du graphite, et se déplacent dans un électrolyte non aqueux pour s'intercaler dans une électrode positive (cathode), généralement un oxyde métallique. Les électrons se déplacent dans le circuit externe, créant ainsi un courant.

Un transistor à électron unique (SET) est un dispositif de commutation qui utilise l'effet tunnel contrôlé pour manipuler le flux d'électrons individuels. Il est constitué d'une boîte quantique (l'« îlot ») couplée aux bornes de source et de drain via des jonctions tunnel, et couplée capacitivement à une électrode de grille. Son fonctionnement repose sur l'effet de blocage de Coulomb, ce qui lui confère une sensibilité extrême et une faible consommation d'énergie.

Les nanotubes de carbone (NTC) sont des molécules cylindriques constituées de feuillets enroulés d'atomes de carbone monocouches (graphène). Ils peuvent être monoparois (SWCNT) ou multiparois (MWCNT). Leurs propriétés sont exceptionnelles, notamment une résistance à la traction exceptionnelle (~100 GPa), ainsi qu'une conductivité électrique et thermique élevée. Leur comportement électronique (métallique ou semi-conducteur) dépend de leur chiralité, c'est-à-dire de l'angle d'enroulement du réseau de graphène.

La relativité générale prédit que l'accélération des masses génère des ondulations dans l'espace-temps, appelées ondes gravitationnelles. Ces ondes se propagent vers l'extérieur à la vitesse de la lumière, transportant de l'énergie sous forme de rayonnement gravitationnel. Elles sont créées par des événements cosmiques cataclysmiques, comme la fusion de trous noirs ou d'étoiles à neutrons, qui provoquent l'étirement et la contraction de l'espace-temps à leur passage.