Discuter:Trou d'électron

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On ne peut pas expliquer correctement l'existence de trous en utilisant un modèle de billes (ou des spectateurs au cinéma). Aussi bien les billes que les spectateurs se comportent comme des électrons libres. L'existence des trous est due au comportement ondulatoire des électrons et a leur interaction avec le réseau cristallin. L'analogie que l'on trouve un peu partout – y compris dans "Electrons and holes in semiconductors" de Shockley – et qui consiste à dire que le trou laissé par une bille manquante se déplace dans le sens opposé aux billes ne tient pas l'expérience. Imaginez l'expérience suivante:

Vous placez des billes sur une table horizontale puis vous inclinez la table à droite: toutes les billes roulent à droite. On recommence l'expérience, mais cette fois vous créez un trou en enlevant une bille. Vous inclinez la table à droite et toutes les billes roulent à droite... et le trou aussi.

Définitivement un trou n'est pas simplement un électron qui manque. Pour qu'un trou apparaisse il faut que les électrons mobiles dans une bande (parce que la bande n'est pas pleine) aient un comportement "bizarre": quand leur énergie augmente leur vitesse diminue. Ceci arrive non seulement dans les semiconducteurs où des électrons on été enlevés de la bande de valence, mais aussi dans certains métaux dont la bande de conduction est bien remplie (mais non pleine). J'ai modifié l'article sur les trous pour inclure une explication moins simpliste mais plus proche des modèles acceptés. Cette explication est plus longue et probablement plus difficile à comprendre par des non-physiciens. Mais je sais par expérience qu'il est difficile de vulgariser les phénomènes qui concernent l'interaction d'une onde avec un réseau ou l'interférence des ondes.

Merci de ta contribution! J'ai rajouté des liens et corrigé quelques coquilles. Par contre, tu parles de bandes à plusieur reprises sans spécifier si c'est la bande de conduction ou la bande de valence; pourrais-tu clarifier ce détail SVP? Ton explication est intéressante, mais elle est loin d'être limpide (même pour moi, qui est physicienne!), c'est pourquoi j'ai remis l'explication avec le banc vide (concept intuitif), avec un avertissement quant à ses limitations. Je crois que cette analogie est pertinente car elle est simple à comprendre et on l'enseigne d'ailleurs à l'université. Je ne crois pas que les non-initiés seront perdants à se faire une image mentale de ce phénomène sans comprendre la nature ondulatoire des électrons.Dextery 12 juin 2006 à 21:45 (CEST)

Merci d'avoir ajouté des liens. Je commence tout juste à contribuer a wikipedia.

Je sais combien la compréhension de ce qu'est un trou est difficile. J'ai passé des heures à réfléchir et à lire des livres de base (dont celui de Shockley) avant d'y arriver. Ceci dit, je ne crois pas salutaire de remplacer une explication vraie quoique difficile par une explication facile mais fausse. Les analogies du cinéma (identique a celle de wiki en anglais), celle du parking à étages du livre de Shockley et celle qui est donnée dans le Feynman, son similaires et fausses. Dans ces analogies, les électrons, comme les spectateurs ou le voitures sont bloqués aux bords droite et gauche, comme s'il n'avait pas de contacts électriques. Si cette analogie avait quelque chose de plausible, on pourrait se demander pourquoi a-t-on besoin des cristaux presque parfaits et pour quoi on ne peut pas faire des transistors avec des "bouts de ferraille".

As-tu réfléchi à l'exemple de la table que l'on incline?

J'ai une autre analogie pour les bandes et les trous mais elle n'est pas, non plus, "grand public". On remplace le cristal par une ligne de transmission constituée par des éléments discrets (self en série plus capa en parallèle). Si on calcule la vitesse de phase puis celle de groupe pour des longueurs d'onde décroissantes, on arrive, comme pour les bandes, à la fréquence de coupure (le bord supérieur de la bande) quand le déphasage entre deux éléments contigus est de 180°. En se rapprochant de la fréquence de coupure, la vitesse de groupe diminue pour tomber à zéro au bord de la bande interdite.

Quant à la bande dont il est question, je ne crois pas que cela ait de l'importance. Le comportement d'un électron ne dépend pas du nom que nous donnons à la bande mais de sa longueur d'onde et des périodicités du cristal. Le comportement "bizarre" d'un électron est le même en haut de la bande de valence qu'en haut de la bande de conduction. C'est pour cela que la conduction dans certains métaux (comme le béryllium, le tungstène ou le cadmium) est faite par des trous. Louis Peralta 15 juin 2006 à 10:16 (CEST)