La matière condensée étudie les systèmes où les interactions et corrélations entre un grand nombre de constituants donnent naissance à des comportements collectifs et à des phénomènes émergents. Un de ses principaux sujets d’étude est l’état solide.

C’est un domaine extrêmement fertile et actif. C’est aussi le sous-domaine de physique qui compte de loin le plus de physiciennes et physiciens. C’est un domaine qui va des applications qui changent concrètement nos vies (comme les semiconducteurs pour l’éclairage, l’informatique, ou les communications) aux concepts mathématiques les plus abstraits qui tissent des liens vers d’autres disciplines (topologie, physique des hautes énergies, astrophysique, …) en passant par la chimie des matériaux.

Le cours et les travaux dirigés permettront notamment de répondre aux questions suivantes. Comment la matière est-elle structurée ? À quelle vitesse peut-on refroidir la matière en s’approchant du zéro absolu ? Qu’est-ce qui rend un matériau conducteur ou isolant ? Transparent ou opaque ? Que sont les quantas d’excitation dans la matière ? Quelle est la forme des ondes sonores classiques et quantiques ? Quels effets quantiques peut-on observer dans les conducteurs mésoscopiques ? Comment figer les électrons par le désordre ou les interactions ?

Parmi les thèmes de recherche actuels dans ce domaine, et qui nécessitent une bonne compréhension des bases données dans ce module, on peut citer le transport cohérent dans les systèmes mésoscopiques, la localisation d'Anderson et la localisation à N corps dans les systèmes désordonnés, les effets Hall quantiques entiers et fractionnaires, les phases de Berry et la topologie des bandes de Bloch, les isolants et semi-métaux topologiques, les instabilités des liquides de Fermi, les aspects modernes du magnétisme quantique (spinons, lacune de Haldane, liquides de spin et code torique), la condensation de Bose-Einstein, la superfluidité et la supraconductivité, les bits quantiques supraconducteurs et semi-conducteurs, la supraconductivité à haute température, les supraconducteurs topologiques et les fermions de Majorana. Le domaine a par ailleurs des liens directs avec d'autres domaines, en particulier les gaz atomiques ultra-froids, les cristaux photoniques et la science de l'information quantique.

Le cours de matière condensée introduit les bases de ce domaine. Il est donc essentiel pour suivre les modules plus spécialisés comme celui de supraconductivité, superfluidité et magnétisme, de physique quantique à N corps, de nanophysique et de phases topologiques.