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Physique statistique
La température, définie par l’équation (71), est donc positive lorsque E < 0, et négative
lorsque E > 0. En particulier on a :
T = 0
pour E = −NMB
T → ∞
pour E → 0 −
T → −∞ pour E → 0 +
T = 0
pour E = +NMB
Les résultats sont résumés dans la figure 2. Il est intéressant de noter que l’énergie d’un
état dont la température est négative est supérieure à celle d’un état pour lequel T > 0.
Cela signifie qu’il faut exciter le système (lui fournir de l’énergie) pour l’amener vers
des états de température négative. Pour un système dont la température est négative, la
population du niveau d’énergie le plus élevé est supérieure à celle du niveau d’énergie
le plus bas. Si un système à température négative est mis en contact avec un système à
température positive, le flux de chaleur se fera du premier vers le second.
Figure 5.2
Pour la plupart des systèmes, l’énergie est bornée inférieurement mais pas supérieurement. Dans ce cas, la température est toujours positive. Il existe toutefois, dans la nature,
des systèmes dont l’énergie est bornée à la fois inférieurement et supérieurement. C’est
le cas des systèmes de spin où la projection du spin ne peut prendre qu’un nombre fini de
valeurs. Pour ces derniers, la température peut être positive ou négative. Si l’on revient au
cas d’une assemblée de particules n’ayant que deux niveaux d’énergie (associées à deux
projections du spin), une température négative correspond à ce que l’on dénomme habituellement une inversion de population. On peut également observer des températures
négatives pour des substances paramagnétiques lorsque le couplage entre les spins des
atomes et les autres degrés de liberté (vibrations des atomes du réseau, par exemple) est
plus faible que celui entre deux spins voisins. Pour des substances magnétiques (cf. chapitre 10) dans lesquelles coexistent des régions avec des projections de spin préférentiellement dans l’une ou l’autre direction, on a, pour celles-ci, une température qui peut
être positive ou négative. Ainsi, pour un même matériau, on peut trouver un mélange des
régions de températures positives qui avoisinent des régions de températures négatives.
Celles-ci sont en faible interaction entre-elles.
Physique statistique
La température, définie par l’équation (71), est donc positive lorsque E < 0, et négative
lorsque E > 0. En particulier on a :
T = 0
pour E = −NMB
T → ∞
pour E → 0 −
T → −∞ pour E → 0 +
T = 0
pour E = +NMB
Les résultats sont résumés dans la figure 2. Il est intéressant de noter que l’énergie d’un
état dont la température est négative est supérieure à celle d’un état pour lequel T > 0.
Cela signifie qu’il faut exciter le système (lui fournir de l’énergie) pour l’amener vers
des états de température négative. Pour un système dont la température est négative, la
population du niveau d’énergie le plus élevé est supérieure à celle du niveau d’énergie
le plus bas. Si un système à température négative est mis en contact avec un système à
température positive, le flux de chaleur se fera du premier vers le second.
Figure 5.2
Pour la plupart des systèmes, l’énergie est bornée inférieurement mais pas supérieurement. Dans ce cas, la température est toujours positive. Il existe toutefois, dans la nature,
des systèmes dont l’énergie est bornée à la fois inférieurement et supérieurement. C’est
le cas des systèmes de spin où la projection du spin ne peut prendre qu’un nombre fini de
valeurs. Pour ces derniers, la température peut être positive ou négative. Si l’on revient au
cas d’une assemblée de particules n’ayant que deux niveaux d’énergie (associées à deux
projections du spin), une température négative correspond à ce que l’on dénomme habituellement une inversion de population. On peut également observer des températures
négatives pour des substances paramagnétiques lorsque le couplage entre les spins des
atomes et les autres degrés de liberté (vibrations des atomes du réseau, par exemple) est
plus faible que celui entre deux spins voisins. Pour des substances magnétiques (cf. chapitre 10) dans lesquelles coexistent des régions avec des projections de spin préférentiellement dans l’une ou l’autre direction, on a, pour celles-ci, une température qui peut
être positive ou négative. Ainsi, pour un même matériau, on peut trouver un mélange des
régions de températures positives qui avoisinent des régions de températures négatives.
Celles-ci sont en faible interaction entre-elles.