Les effets électroniques

• Un électron porte une charge élémentaire négative (mais ce serait pareil pour les positrons dans de l'antimatière) et lorsqu'il est soumis à un champ électro-magnétique, des forces vont modifier sa trajectoire inertielle, ce sont les forces de Lorentz.
  • Un champ électrique va simplement accélérer l'électron.
  • Un champ magnétique va dévier sa trajectoire sur le côté.
• Lorsque la force de Lorentz s'applique aux électrons d'un courant électrique, qui se déplacent dans un conducteur soumis à un champ magnétique, alors le conducteur subit la force de Laplace (en fait via l'effet Hall).
• La loi de Lenz-Faraday indique que les effets s'opposent à leur cause.
• Les forces de van der Waals sont des effets induits, forts utiles pour les geckos.

• Lorsque l'on soumet certains matériaux à un stress mécanique, les électrons peuvent réagir et il s'agit alors de piézoélectricité
• La pyroélectricité n'est pas loin, car un changement de température induit une dilatation ou contraction du matériau, ce qui provoque également un stress mécanique, il est alors difficile de distinguer tout ça.

• L'effet Joule concerne l'échauffement (global) d'un matériau parcouru par un courant électrique, lié à sa résistance électrique. Si sa résistance est nulle, il s'agit d'un supraconducteur et aucun échauffement n'est observé.
• La pyroélectricité concerne un changement global de température d'un bloc de matériau. L'effet électrocalorique est l'effet inverse, et il existe même sous l'effet électrocalorique géant. En remplaçant le changement de température par un stress mécanique, il s'agit alors de piézoélectricité.
• La thermoélectricité concerne aussi la chaleur et les électrons, mais ce terme désigne plus spécifiquement les thermocouples, qui sont les jonctions entre deux matériaux conducteurs différents, généralement deux métaux, où on observe l'effet Seebeck, une apparition d'une tension dépendant des températures entre deux jonctions, et l'effet inverse, un transfert de chaleur, l'effet Peltier.
  • Lorsque l'on applique un gradient de température à un bloc de matériau, c'est-à-dire qu'on impose un côté chaud et un côté froid, une tension apparait, il s'agit de l'effet Thomson qui est en fait l'effet Seebeck et Peltier.
  • Ces effets ont mené à de nombreuses applications.
  On verra également les cellules thermo-électrochimiques, version liquide des thermocouples.
• L'effet Hall thermique ne concerne que du transport de chaleur transverse, il n'y a pas de tension mise en jeu.
• Et quand le spin s'en mêle, on observe une panoplie de nouveaux effets, voir plus loin.

• L'effet Hall concerne la déviation des électrons soumis à un champ magnétique, provoquant un déplacement global sur les côtés par rapport à leur trajectoire, ce qui génère un champ électrique, donc une tension électrique. C'est aussi l'origine de la force de Laplace.
• Mais c'est un peu plus compliqué lorsque la mécanique quantique vient s'en mêler.

Généralement, on arrive à se représenter mentalement tous ces effets avec une image d'un électron qui est une particule ponctuelle chargée. Mais bon, quand on réfléchit ne serait-ce qu'une demi-seconde sur l'électron qui tourne autour du noyau, et bien on tombe immédiatement sur des incohérences.

La mécanique quantique permet de calculer des choses, mais n'explique rien du tout.

• Le spin est une propriété quantique que possède toutes les particules, plus ou moins lié au magnétisme. L'électron n'y échappe pas, et on peut réaliser des choses particulières infaisables uniquement avec la charge électrique de l'électron.
  • Courants de spin
  • Magnétorésistance géante
  • couplage spin-orbite, transfert de couple par spin...
  • l'effet Hall de spin et son inverse
  • l'effet Rashba
  • l'effet Seebeck de spin
  • La spintronique, qui a révolutionné nos disques durs et propose des mémoires magnétiques aux propriétés intéressantes