La structure de bande électronique du germanium ? Ne me faites pas rire (2000)

 (archive.md)
1 points par GN⁺ 2023-08-07 | 2 commentaires | Partager sur WhatsApp
  • Un rapport de TP de premier cycle satirique qui réfute frontalement l’idée reçue selon laquelle la résistance du germanium varie exponentiellement avec la température, en reprenant le format d’une véritable expérience de physique pour laisser transparaître frustration et cynisme
  • Dès le résumé, qualifie la relation exponentielle résistance-température de « mensonge éhonté », et affirme comme conclusions principales les défauts du matériel, la médiocrité des manuels et la perte de temps
  • Au fil de l’expérience, les limites matérielles s’accumulent : difficulté à souder le germanium, appareils qui ne fonctionnent pas, vase Dewar d’azote liquide qui fuit, etc.
  • Alors qu’aucune dépendance exponentielle n’est observée dans les données mesurées, une courbe exponentielle est tracée de force par-dessus le bruit pour rendre le tout crédible
  • Se conclut sur l’autodérision de l’auteur, qui présente le choix de la physique comme la plus grande erreur de sa vie et dit qu’il aurait dû choisir CS (informatique)

Résumé (Abstract)

  • Qualifie de « mensonge éhonté » l’idée reçue selon laquelle, dans le germanium, la résistance dépend exponentiellement de la température
  • Deux conclusions tirées après modélisation théorique et expérience laborieuse : ① le matériel est lamentable et les manuels associés le sont tout autant, ② toute cette expérience est une perte de temps totale

Introduction

  • Les électrons dans le germanium sont piégés dans des bandes d’énergie distinctes, séparées par des « régions interdites (forbidden regions) » où la densité de porteurs de charge est nulle
  • Lorsque l’échantillon est chauffé, les électrons sautent d’une bande non conductrice vers une bande conductrice, provoquant une variation mesurable de la résistance
  • La relation exponentielle entre température et résistance est valable sur certaines plages de température, mais la formule dérivée est présentée comme escamotée sous l’expression « approximation au premier ordre (to first order) »
  • Critique les manuels concernés, jugés obscurs et verbeux, notamment parce qu’ils considèrent un nombre arbitraire de potentiels d’oscillateurs harmoniques non couplés avant de prendre une limite

Déroulement de l’expérience (Experiment procedure)

  • Choix, dans une boîte de cristaux de germanium, du cristal qui semblait le moins fissuré
  • Des fils ont été soudés aux emplacements indiqués dans la figure 2b du Lab Handout 32, mais souder du germanium s’est révélé extrêmement difficile
    • La soudure n’adhère pas, et les doctorants du labo de solid state n’ont pas aidé
  • Le matériel de seconde zone (second-rate equipment) récupéré à l’arrière ne fonctionnant pas, des pièces ont été subtilisées dans un laboratoire bien équipé pour les remplacer
    • On donne aux étudiants de premier cycle des outils cassés, puis on se plaint de ne pas comprendre pourquoi les résultats ne sortent pas
  • Pour contrôler la température, le cristal a été fixé à une tige de cuivre (copper rod), dont l’extrémité supérieure était reliée à une bobine chauffante et l’extrémité inférieure plongée dans un vase Dewar d’azote liquide
    • À mi-projet, le vase Dewar a commencé à fuir — l’auteur souligne qu’en payant 10 000 dollars par trimestre, on n’obtient même pas un vase Dewar correct à 5 dollars

Résultats (Results)

  • Présente des « données 100 % authentiques » mesurées directement pendant deux semaines (Fig. 1), mais aucune dépendance exponentielle attendue n’y apparaît
  • Décrit les données comme un « tas d’ordures » et se plaint de cette perte de temps
  • Misant sur le fait que le correcteur ne regardera que les figures, trace arbitrairement une courbe exponentielle par-dessus le bruit
    • Renforce la crédibilité apparente avec un ajustement réalisé par un programme informatique complexe, en ironisant que cette méthode est la même que celle utilisée pour la découverte du quark top

Conclusion

  • Décrit le choix de la physique comme la plus grande erreur de sa vie
  • Regrette avec autodérision de ne pas avoir choisi CS (informatique), concluant que, même s’il n’aurait toujours pas eu de petite amie, il aurait au moins gagné beaucoup d’argent

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2 commentaires

 
joyfui 2023-08-07

Mes fesses, vraiment…
 
GN⁺ 2023-08-07
Commentaires Hacker News

  • Curieuse coïncidence, mais moi aussi j’ai fait la même expérience avec un budget serré et du matériel médiocre, et j’ai obtenu les meilleurs ajustements à l’aide d’un algorithme informatique plausible.
    Sauf que, dans les résultats, j’ai obtenu quatre chiffres significatifs, avec un résultat meilleur que celui du vieux manuel.
    C’est amusant de voir que, pour l’auteur furieux, une frustration écrasante est devenue une expérience qui a défini sa vie, alors que la même situation a été pour moi une expérience positive qui a défini la mienne.
    Même dans les mêmes conditions, il est vraiment difficile de prédire comment les choses vont tourner.

    • Un budget serré peut parfois être une bonne chose. J’ai appris l’électrotechnique de façon plus utile en réparant des instruments de mesure en panne qu’en cours de premier cycle.
      Les cours étaient trop axés sur la théorie, si bien que, quand on fabriquait de vrais prototypes, rien ne fonctionnait, et même les techniciens de labo ne savaient pas pourquoi.
      J’ai donc passé le plus clair de mon temps à circuler pour réparer les projets de fin d’études bancals des autres étudiants. La vie dépend de ce qu’on arrive à en tirer :)
    • Malgré tout, d’une manière ou d’une autre, nous arrivons tous au même endroit, à savoir HN :)
      J’adorais vraiment les TP, et voir les prédictions se vérifier sous mes yeux est ce qui a éveillé mon intérêt pour la première fois.
      Mais il faut savoir dans quoi on s’engage. Les expériences prennent énormément de temps et demandent aussi de la préparation.

  • Assez drôle.
    Pour avoir enseigné les travaux pratiques de matière condensée à basse température, une grande partie de la note consiste à trouver ce qui a mal tourné et à le corriger, ou au moins à reconnaître que quelque chose a mal tourné.
    L’étudiant aurait dû donner plus d’informations sur le montage expérimental : quel matériel il utilisait, s’il s’agissait d’une mesure de résistance à 4 bornes ou à 2 bornes, de résistivité ou de résistance, ce qu’était R_0, pourquoi il pensait que l’expérience n’avait pas fonctionné, etc.
    À mon avis, il a mal câblé le montage et n’a mesuré que du bruit.

    • Je comprends que le but des TP de premier cycle n’est pas d’obtenir un résultat, mais d’apprendre à travailler en laboratoire.

  • L’ancien « semestre de TP avancés de physique » obligatoire ressemblait exactement à ça. Pendant un semestre, il fallait faire environ 14 expériences totalement différentes, du niveau de celle décrite dans l’article ; le matériel était vieux et tombait en panne pendant les manips, et les assistants étaient des doctorants ou postdocs peu motivés.
    Sur les 14 expériences, seules deux ont vraiment fonctionné et donné le résultat attendu.
    Cette expérience m’a directement envoyé vers la physique théorique et les simulations informatiques de dynamique électronique et d’interaction lumière-matière dans des semi-conducteurs confinés : boîtes quantiques, graphène, ce genre de choses, et c’était amusant.
    Aujourd’hui, comme on ne peut pas gagner sa vie avec ça, je fais du développement logiciel pour dispositifs médicaux.

    • Le « vieux matériel qui tombe en panne pendant les expériences », je l’ai vu comme une occasion d’apprendre. J’ai appris quelles colles résistent aux très basses températures, comment remplacer le fusible d’un amplificateur, comment faire des réparations de fortune sur de l’électronique plus complexe, et à quel point il est important de connaître quelqu’un qui a du matériel à prêter.
      Si le labo ne roule pas sur l’or, ce sont des compétences précieuses pour un expérimentateur.
      Même avec beaucoup d’argent, acheter un bel appareil neuf prend au moins 8 semaines ; en emprunter discrètement un sur la bonne étagère au bout du couloir prend 5 minutes et permet d’avoir des résultats avant le déjeuner.
      Les « doctorants ou postdocs assistants peu motivés » étaient une triste réalité partout où j’ai enseigné.
      Enseigner la même chose 14 fois dans un semestre n’est pas amusant, et les gens qui aiment enseigner et le font bien le savent ; ils prennent donc, quand ils le peuvent, des cours magistraux, séminaires, tutoriels ou séances d’exercices. Ils choisissent ce qui leur permet d’enseigner quelque chose de nouveau chaque semaine et de passer plus de temps avec les mêmes étudiants.
    • Je ne comprends pas bien comment les cursus de physique sont définis. Avec le temps, la quantité de physique découverte ne cesse d’augmenter, mais le temps disponible pour l’étudier reste le même.
      Pour faire vraiment quelque chose, 4 ans ne suffisent pas pour apprendre les maths et la physique nécessaires. Et cela sans même compter les autres choses importantes comme la rédaction en anglais, les fêtes ou les chagrins d’amour.
    • Le « vieux matériel qui tombe en panne pendant les expériences » n’est-il pas justement plus proche des conditions réelles d’un labo de recherche ?
      J’ai rencontré des scientifiques de la NASA qui faisaient des prélèvements atmosphériques depuis un avion ; pendant les coûteuses campagnes d’échantillonnage, ils devaient embarquer avec le matériel pour intervenir eux-mêmes en cas de problème.
      Si ma mémoire est bonne, c’était un 747 modifié allant de Hawaï à la Nouvelle-Zélande.
    • « 14 expériences totalement différentes, du niveau de celle décrite dans l’article, pendant un semestre » : mes cauchemars récurrents d’échec au diplôme portent encore sur le fait de ne pas avoir terminé ce cours. Et pourtant, j’étais expérimentateur.
      Je comprends aussi le « cette expérience m’a directement envoyé vers la physique théorique ». L’étudiant d’été qui a travaillé sur l’expérience presque ingérable de mon article est immédiatement passé à la théorie.
    • Waouh, il me reste moins d’un an avant les candidatures en graduate school et mon expérience de recherche de premier cycle est dans un domaine très similaire ; moi, je suis plutôt fait pour le côté théorique.
      Je me demande si tu as fait un doctorat. Si oui, est-ce que tu estimes aujourd’hui que ça en valait la peine ?

  • La source originale est Kovar, L. “Electron Band Structure In Germanium, My Ass.” Annals of Improbable Research, vol. 7, no. 3, May/June 2001, p. 4, https://web.archive.org/web/20010620051228/http://www.improb....

  • Ce texte date probablement d’environ 1999. L’auteur a ensuite obtenu un master et un doctorat en informatique.
    J’ai moi aussi connu des épreuves et des frustrations similaires vers la fin de mes études, et j’en suis reparti avec le plus grand respect pour les expérimentateurs et le personnel technique.
    [0]https://pages.cs.wisc.edu/~kovar/cv.html

  • C’était l’un des textes les plus drôles qui circulaient dans le département de physique quand j’étais à la fac. Il est clairement antérieur à 2007 et, de mémoire, il date d’environ 1998 ou 1999.

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  • C’est assez drôle, mais le passage qui m’a paru terriblement vrai, c’est celui-ci :
    « Choisir la physique a été la plus grande erreur de ma vie. J’aurais dû faire de l’informatique. Il n’y aurait quand même pas eu de femmes, mais au moins l’argent serait rentré. »
    J’aimerais que la rémunération dans le monde académique soit meilleure

    • La rémunération n’est pas le seul problème. La pression exercée sur les doctorants et les enseignants-chercheurs qui n’ont pas encore obtenu de poste titulaire est elle aussi énorme
      La lettre sombrement humoristique « A (de)motivational letter », attribuée à « Prof. Hardass Slavedriver », résume bien la situation : https://lifesciencephdadventures.wordpress.com/2013/01/04/a-...

  • Si c’est vrai, on dirait qu’il a mesuré du bruit d’assez grande qualité
    Il n’y a aucune raison que la résistivité double sur un intervalle de 5 degrés puis reste stable à température constante. Même d’après ses propres aveux, c’est le point le plus suspect
    Bien fait, ça donne ce genre de courbe
    https://pdfs.semanticscholar.org/3753/2b8a21825d66633f33684a...

  • Dans les années 1990 et au début des années 2000, on s’envoyait par e-mail des documents Word remplis de liens vers des sites amusants ou de blagues copiées-collées
    Ayant abandonné en cours de route un diplôme de physique appliquée, ce texte faisait partie de mes préférés. J’avais en tête le souvenir d’une expérience d’optique qui avait été comme le « coup de grâce » me faisant perdre toute envie de continuer
    Le matériel était atroce, et j’avais été mis en binôme avec le partenaire le plus incompétent du monde. Pendant le semestre de stage de troisième année, il avait été le seul étudiant à recevoir de son employeur une évaluation entièrement négative, résumée par « inemployable ». Je crois qu’il avait aussi provoqué un incendie
    Chaque fois qu’il fallait dénuder un câble à fibre optique et le fixer devant un laser, on aurait dit que tout l’univers conspirait pour casser le cœur en verre, si fragile
    Quand j’ai enfin réussi à tout aligner et que j’ai joyeusement pris mes mesures, moi aussi, j’ai obtenu un résultat consistant à tracer des lignes au milieu du bruit. En fait, je n’ai même pas encore relu ce texte, mais même après plus de 15 ans sans l’avoir vu, je me souviens encore avoir éclaté de rire à cette phrase