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Dissertations / Theses on the topic 'Moteurs à effet hall'
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Joncquières, Valentin. "Modélisation et simulation numérique des moteurs à effet Hall." Thesis, Toulouse, INPT, 2019. http://www.theses.fr/2019INPT0035/document.
Full textAbstract:
La question de la propulsion spatiale a été un enjeu politique au coeur de la guerre froide et reste un enjeu stratégique de nos jours. La technologie chimique déjà en place sur les moteurs fusées s'avère être limitée par la vitesse d'éjection et la durée de vie des appareils. La propulsion électrique et plus particulièrement le moteur à effet Hall apparait ainsi comme la technologie la plus performante et la plus utilisée pour diriger un satellite dans l'espace. Cependant, la physique à l'intérieur d'un propulseur étant complexe, de par les champs électromagnétiques ou les processus de collisions importants, toutes les particularités de fonctionnement du moteur ne sont pas parfaitement expliquées. Au bout de centaines d'heures d'essais, certains prototypes voient leur paroi s'éroder de façon anormale et des instabilités électromagnétiques se développent au sein de la chambre d'ionisation. La mobilité des électrons mesurée est en contradiction avec les modèles analytiques et soulèvent des problématiques sur la physique du plasma à l'intérieur de ces moteurs. Par conséquent, le code AVIP a été développé afin de proposer un code 3D massivement parallèle et non-structuré à Safran Aircraft Engines modélisant le plasma instationnaire à l'intérieur du propulseur. Des méthodes lagrangiennes et eulériennes sont utilisées et intégrées dans le code et mon travail s'est concentré sur le développement d'un modèle fluide, étant plus rapide et donc mieux adapté à la conception et au design industriel. Le modèle fluide est basé sur un modèle aux moments avec une expression rigoureuse des termes de collisions et une description précise des conditions limites pour les gaines. Ce modèle a été implémenté numériquement dans un formalisme non structuré et optimisé de façon à être performant sur les nouvelles architectures de calcul. La modélisation retenue et les efforts d'optimisation ont permis de réaliser un calcul réel de moteur à effet Hall afin de retrouver les propriétés globales de fonctionnement telles que l'accélération des ions ou encore la localisation de la zone d'ionisation. Un second cas d'application a finalement reproduit avec succès les instabilités azimutales dans le propulseur avec un modèle fluide et a justifié le rôle de ces instabilités dans le transport anormal des électrons et l'érosion des paroisThe space propulsion has been a political issue in the midst of the Cold War and remains nowadays a strategic and industrial issue. The chemical propulsion on rocket engines is limited by its ejection velocity and its lifetime. Electric propulsion and more particularly Hall effect thrusters appear then as the most powerful and used technology for space satellite operation. The physic inside a thruster is complex because of the electromagnetic fields and important collision processes. Therefore, all specificities of the engine operation are not perfectly understood. After hundreds of hours of tests, thruster walls are curiously eroded and electromagnetic instabilities are developping within the ionization chamber. The measured electron mobility is in contradiction with the analytical models and raises issues on the plasma behavior inside the discharg chamber. As a result, the AVIP code was developed to provide a massively parallel and unstructured 3D code to Safran Aircraft Engines modeling unsteady plasma inside the thruster. Lagrangian and Eulerian methods are used and integrated in the solver and my work has focused on the development of a fluid model which is faster and therefore better suited to industrial conception. The model is based on a set of equations for neutrals, ions and electrons without drift-diffusion hypothesis, combined with a Poisson equation to describe the electric potential. A rigorous expression of collision terms and a precise description of the boundary conditions for sheaths have been established. This model has been implemented numerically in an unstructured formalism and optimized to obtain good performances on new computing architectures. The model and the numerical implementation allow us to perform a real Hall effect thruster simulation. Overall operating properties such as the acceleration of the ions or the location of the ionization zone are captured. Finally, a second application has successfully reproduced azimuthal instabilities in the Hall thruster with the fluid model and justified the role of these instabilities in the anomalous electron transport and in theerosion of the walls
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Guichaoua, Lise. "Nouveaux matériaux de confinement de plasma pour les moteurs à Effet Hall." Limoges, 2013. http://www.theses.fr/2013LIMO4056.
Full text
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Fonblanc, Diane. "Nouvelles céramiques de confinement de plasmas à base de BN issues de précurseurs organométalliques : application aux moteurs à effet Hall." Thesis, Limoges, 2017. http://www.theses.fr/2017LIMO0076.
Full textAbstract:
L’objectif de cette thèse est de développer une nouvelle génération de matériaux céramiques de confinement plasma pour les moteurs à effet Hall en mettant en oeuvre la voie PDCs pour polymer-derived ceramics ou voie des polymères précéramiques.Un état de l’art des différents matériaux de confinement et un bilan des travaux précédemment menés sur ce sujet ont permis de déterminer les paramètres essentiels de tels matériaux et de s’orienter vers l’utilisation des polymères précéramiques commeprécurseurs des matériaux envisagés. Après avoir détaillé les différents protocoles permettant de modifier chimiquement un polymère commercial avec le bore, de mettre en forme les composés obtenus puis de réaliser la pyrolyse pour générer la céramique, des pièces denses céramiques Si-B-(C)-N ont été réalisées avec une teneur variable en bore. Une étude complète allant de la structure chimique des polymères jusqu’aux propriétés des céramiques résultantes a permis de sélectionner la formulation optimale du polymère comme précurseur de céramique. Des composites c-BN/Si-B-(C)-N ont ensuite été préparés parajout de charges, puis mis en forme et caractérisés avant de procéder à un changement d’échelle visant à préparer des bagues céramiques de taille moteur. La dernière partie consiste en une ouverture sur l’utilisation des polymères précéramiques pour la réalisation de pièces denses Si-Al-(C)-N de composition contrôlée avec en particulier une étude sur l’impact de l’aluminium sur les propriétés des polymères et des céramiquesThe main objective is here to develop a new generation of ceramic materials used for plasma confinement in Hall-effect thrusters using the PDCs (polymer-derived ceramics) route. A state of the art of the different confinement materials and a review of the previous work done on this topic allowed to determine the key parameters of such materials and to move towards the use of preceramic polymers as precursors of the materials envisaged. After having detailed the various protocols used to chemically modify a commercial polymer with boron, to shape the compounds obtained and then to convert the polymers into ceramics bypyrolysis, Si-B-(C)-N dense ceramic pieces have been produced with various boron content. A complete study from the chemical structure of the polymers to the properties of the resulting ceramics allowed selecting the optimal formulation of the polymer as a ceramic precursor. c-BN/Si-B-(C)-N composites were then prepared by filler addition, then shaped and characterized before a scale-up to prepare engine-size ceramic rings. The last part consists of an opening on the use of the PDCs route for the realization of dense Si-Al-(C)-N pieces of controlled composition, with a study of the impact of aluminum on the polymers andceramics properties
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Doulazmi, Mustapha. "Etude expérimentale comparative de différentes méthodes de mesure et d'acquisition d'amplitude angulaire : application en rééducation des handicapés moteurs." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1991. http://www.theses.fr/1991INPL097N.
Full textAbstract:
La mesure angulaire constitue une donnée fondamentale dans le domaine du handicap tant du point de vue diagnostic que celui de la rééducation. Effectuer une mesure d'angle sur les membres supérieurs et inferieurs des humains entraine une série de contraintes spécifiques a ces derniers (position des capteurs, axes de référence, fiabilité, etc. . . ). Les capteurs présentés dans ce mémoire utilisent des techniques tout à fait différentes. Une première technique utilise les ultrasons d'une part et d'autre part une approche originale basée sur l'utilisation du son associe à une boucle à verrouillage de phase. Une deuxième approche différente est basée sur une détection magnétique à l'aide d'un capteur à effet hall. Après un rappel sur le principe de l'effet hall, son intérêt est mis en évidence. Les critères président au choix d'un tel capteur sont présents et permettent de justifier les solutions adoptées avec l'étude de leurs faisabilités associées. Enfin, une méthode fait appel aux jauges de contraintes. L'idée d'étudier expérimentalement les possibilités d'emploi en mesure angulaire particulièrement les plus petites articulations (phalanges, poignets, etc. . . ) est développée, l'utilisation et les résultats sont discutés
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Vaudolon, Julien. "Electric field determination and magnetic topology optimization in Hall thrusters." Thesis, Orléans, 2015. http://www.theses.fr/2015ORLE2026/document.
Full textAbstract:
La propulsion électrique est à un tournant de son histoire. La récente mise en oeuvre de satellites de télécommunication "tout-électrique" se traduit par l’ouverture d’un nouveau marché, et par une évolution des besoins opérationnels. L’identification de ces nouvelles missions nécessite l’amélioration des performances de nos moteurs. La première partie de ces travaux rapporte l’utilisation d’un outil de spectroscopie laser destiné à caractériser la distribution en vitesse des ions. Les différentes méthodes de calcul du champ électrique dans les propulseurs de Hall ont été exposées. Deux instabilités ioniques ont été observées et analysées. Les sources d’erreurs liées aux mesures par sondes électrostatiques ont été analysées, et un exemple de sonde plane étudié. Une analyse paramétrique de l’influence des paramètres de champ magnétique sur les performances des propulseurs de Hall a été conduite. Le concept de moteur "sans parois" est présenté. L’identification de ce concept constitue une avancée porteuse de promesses pour l’avenir de la propulsion électriqueElectric propulsion is facing new challenges. Recently, the launch of "all-electric" satellites has marked the debut of a new era. Going all-electric now appears as an interesting alternative to conventional systems for telecom operators. A laser spectroscopy technique was used during this research to investigate the ion velocity distribution dynamics. The different methods for determining the electric field in Hall thrusters were exposed. Two unstable ion regimes were identified and examined. Measurement uncertainties using electrostatic probes were assessed. Planar probed have been designed and tested. A thorough investigation of the influence of the magnetic field parameters on the performance of Hall thrusters was performed. The wall-less Hall thruster design was presented, and preliminary experiments have revealed its interest for the electric propulsion community
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Tiberj, Antoine. "Matériau SOI pour capteur à effet Hall." Montpellier 2, 2003. http://www.theses.fr/2003MON20012.
Full text
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Coche, Philippe. "Modélisation cinétique d’un propulseur à effet Hall." Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/1995/.
Full textAbstract:
Les propulseurs à effet Hall sont utilisés pour le maintien en poste des satellites géostationnaires. La singularité de ce type de moteur est l'utilisation d'un champ magnétique dont le rôle est de piéger des électrons et de permettre la formation d'une région à fort champ électrique. Les ions formés sont accélérés dans ce champ électrique puis extraits du plasma pour fournir la poussée. La compréhension du transport des électrons à travers les lignes de champ magnétique reste un enjeu crucial pour prédire le fonctionnement du moteur. Plusieurs mécanismes de transport comme les phénomènes collisionnels et la turbulence ont été identifiés mais leur contribution exacte n'a pas encore été élucidée. Sur la base de deux modèles numériques particulaires ("Particle-In-Cell"), composés de schémas de discrétisation des trajectoires explicite et implicite, ce travail de thèse se propose d'analyser le déroulement d'une décharge type afin d'isoler les mécanismes de transport électronique mais aussi, de mieux cerner l'influence de la turbulence plasma sur la nature de la décharge. L'accent est mis sur le caractère fortement instationnaire de celle-ci. Nous étudions aussi un mécanisme de transport particulier, gouverné par la turbulence et les collisions volumiques, à l'aide d'un modèle numérique particule-testHall effect thrusters are used for station-keeping of satellites in geostationary orbit. The originality of this kind of thruster is the use of a magnetic field which traps the electrons and creates a high electric field region. In this region, the ions are accelerated and extracted from the plasma to provide a thrust. Electron transport across the magnetic field lines is a major issue in predicting the thruster performance. Several transport mechanisms as collision phenomena and plasma turbulence have been identified to play a role but their exact contribution is still not clear. Based on two numerical particle models ("Particle-In-Cell"), composed of an explicit and implicit trajectory-tracking schemes, this work thesis aims at analyzing the proceeding of a discharge in order to isolate the transport mechanisms of electrons. It also aims at providing a better understanding of the plasma turbulence on the discharge behavior. We emphasize the strong unstationnary character of the discharge. We also study a particular transport mechanism, governed by turbulence and volumic collisions, using a particle-test numerical model
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Couturaud, Olivier. "Effets tunnels dans des nano-capteurs de Hall." Montpellier 2, 2008. http://www.theses.fr/2008MON20122.
Full textAbstract:
Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié une famille de capteurs à effet Hall, composé de croix de Hall submicroniques et de microgradiomètres réalisée à partir d'hétérostructures à puits quantiques optimisées. De par leurs performances, ces capteurs pourraient permettre d'aborder de façon plus efficace, l'étude à l'échelle nanométrique, des propriétés magnétiques de la matière micro- et nanostructurée, ainsi que celles des nanocomposants. La première partie de cette thèse est consacrée à la fabrication et à la caractérisation des capteurs. On étudiera tout d'abords les résistances de contacts et les largeurs de déplétion limitant le fonctionnement des capteurs puis on s'intéressera à la métrologie des composants. Dans la seconde partie, on étudie le passage par effet tunnel des électrons entre les bords de l'échantillon. En régime d'effet Hall Quantique, il apparaît des fluctuations aux extrémités des plateaux à la fois sur les résistances transverses et longitudinales. Les pics sur le côté fort champ de la transition sont différent de ceux situé sur le côté faible champ de la transition. Il diffère aussi par leur comportement en température. Du côté des fort facteurs de remplissage, l'évolution en température des pics permet de les relier à un effet tunnel résonnant à travers un état créé par un des antidots se formant lors du remplissage des niveaux de Landau. Du côté des faibles facteurs de remplissage, la dépendance en température est différente et est reliable à un processus de "Variable Range Hopping". Ces processus peuvent être reliés à l'assymétrie de la densité d'étatsAs part of this thesis, we studied a family of Hall effect sensors , composed of submicrometers Hall cross and microgradiometers made from optimized quantum wells. The first one left this thesis is dedicated to manufacture and to characterization of sensors. They will study everything of manners the resistance of contacts and the depletion length restricting the functioning of sensors In second part, we study the tunnel effect of electrons between the edges of the sample. In the presence of a quantizing magnetic field, at the transition between two quantized Hall plateaus, a succession of sharp peaks is detected in the Hall signal RH and in the longitudinal resistance RL. The peaks appearing on the high-í side of the RL transition appear to be different from the peaks appearing on the low-í side. They mainly differ by their temperature dependence. On the high-í side of the RL transition, the temperature evolution of the peaks is typical for resonant tunneling through a single state in one of the antidots that are progressively formed when the initially occupied LL is emptied. On the low í of the transition, by contrast, the temperature dependence is different. This may be related to the asymmetry of the density of states
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Papic, Zlatko. "Effet Hall quantique fractionnaire dans des systèmes multicomposantes." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00624760.
Full textAbstract:
Nous étudions un certain nombre de manifestations de l'effet Hall quantique fractionnaire dans les bicouches d'effet Hall quantique, des puits quantiques larges ou le graphène, dans lesquels les degrés de liberté multicomposantes produisent des phénomènes physiques insolites. Dans la bicouche d'effet Hall quantique du remplissage total nu=1, nous examinons les fonctions d'onde mixtes des bosons composites et fermions composites afin de décrire la destruction de la suprafluidité excitonique au fur et à mesure qu'on augmente la distance entre les deux couches. Nous proposons des fonctions d'onde d'essai qui décriraient bien l'ètat de la bicouche quand il s'agit de distances intermédiaires et nous y ètudions leurs propriétés. Dans la bicouche d'effet Hall quantique du remplissage total nu=1/2 et nu=2/5, nous étudions la transition de phase quantique entre les états multicomposantes de Halperin et les phases polarisées (abeliannes et non-abeliannes) en fonction des modifications effectuées dans le terme tunnel. Afin d'étudier les transitions, nous utilisons à la fois la diagonalisation exacte et la théorie effective BCS. Nous présentons d'autre part un modèle réaliste du puits quantique large que nous utilisons dans l'examen des états avec un dénominateur pair, à nu=1/2 et nu=1/4 dans le plus bas niveau de Landau. Nous proposons enfin quelques états d'effet Hall quantique fractionnaire possibles dans le graphène, celles-ci reposant sur l'image multicomposante qui concerne les degrés de liberté de spin et de vallée.
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Perez, Luna Jaime. "Modélisation et diagnostics d'un propulseur à effet Hall." Toulouse 3, 2008. http://www.theses.fr/2008TOU30155.
Full textAbstract:
Un des grands défis de l'exploration spatiale est de développer des engins spatiaux capables de parcourir de grandes distances avec le moins de carburant possible. Les propulseurs électriques, comme par exemple le propulseur à effet Hall, permet cela grâce à des vitesses d'éjection très élevées. J'ai cherché à comprendre pendant ma thèse la physique du fonctionnement de ces moteurs, en utilisant des modèles numériques et des diagnostics adaptés. Mon groupe d'accueil travaille depuis une dizaine d'années sur la modélisation hybride de ces moteurs. Pourtant la description fluide des électrons dans ce type de modèle pose encore un certain nombre de problèmes. Le premier, lié à la résolution des équations fluides en 2D, a été résolu grâce à un nouvel algorithme de résolution. Celui-ci nous permet désormais de modéliser plus facilement des moteurs à champ magnétique complexe. Le deuxième concerne la description du transport électronique, mal connu dans la configuration de ces moteurs. Une étude approfondie des résultats d'un modèle particulaire dans les directions axiale et azimutale m'a permis de montrer clairement l'influence d'une onde azimutale de champ électrique, présente dans le moteur, sur le transport électronique. L'étude de mesures expérimentales par spectroscopie laser m'a aussi permis de développer une nouvelle méthode capable d'extraire de ces mesures le profil du champ électrique et du terme source d'ionisation dans le moteur. La comparaison de ces mesures aux résultats du modèle hybride a mis en évidence les limites de la description du transport électronique utilisée jusque-là. Elle a aussi permis de définir une voie possible vers l'amélioration de notre modèleOne of the greatest challenges in space exploration is to develop spacecrafts capable of covering great distances with little fuel. Electric thrusters, among which is the Hall effect thruster, are capable of this thanks to their high exhaust velocity. During my PhD, I have tried to understand the physics involved in these thrusters, by means of numerical models and accurate diagnostics. My hosting group has been working on hybrid modeling of these thrusters for about ten years. However, the electron fluid description in such models is still a challenge. One of the problems of the fluid model is the difficulty of solving the fluid equations in 2D. This first problem has been overcome by using a new algorithm. This algorithm makes it now easier to study thrusters with complex magnetic fields. The second problem concerns electron transport which is not well understood. A deep study of a fully particle model in the axial and azimuthal directions has shown that an azimuthal electric field wave, present in the thruster, enhances the electron transport. Also, I have developed a new method to extract the electric field and ionization term profiles from laser spectroscopy measurements. The comparison between these results and those obtained with our hybrid model shows the limit of the electron transport description used until now. This comparison has also shown a possible path to follow in order to correctly describe the electron transport in hybrid models for Hall effect thrusters
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Djerbi, Ridha. "Effet Hall anormal du composé à fermions lourds CeRu2Si2 sous pression : résistivité, effet Hall et magnétorésistance de ses alliages avec le lanthane." Grenoble 1, 1989. http://www.theses.fr/1989GRE10016.
Full textAbstract:
Ce travail est une contribution a l'etude du magnetisme anormal des alliages ce#1##xla#xru#2si#2, depuis le regime fermions lourds existant dans ceru#2si#2 pur jusqu'aux phenomenes de type effet kondo d'impuretes independantes observes dans les alliages fortement dilues en cerium. Il repose sur un ensemble de mesures de transport electrique realisees sur monocristaux: resistivite t (0,02t300 k), constante de hall r#ht (1,5t300 k), magnetoresistance h et tension de hall v#hh entre 0 et 8 t (1,5t7 k). Ceru#2si#2 presente un effet hall anormal, du aux asymetries de diffusion des electrons de conduction sur les sites magnetiques, qui se caracterise par des valeurs positives elevees de r#h. En appliquant des pressions hydrostatiques jusqu'a 10 kbar, nous avons constate une decroissance du terme en t#2 dans le regime liquide de fermi et un deplacement du maximum de r#ht vers les hautes temperatures. Ce comportement est compare aux effets observes anterieurement sur la resistivite et la susceptibilite dans la meme gamme de pression, et discute dans le cadre des modeles existants. La substitution du lanthane au cerium, en detruisant les effets de coherence a basse temperature, induit une tres forme augmentation de r#ht0. Elle a egalement pour effet d'abaisser la temperature caracteristique des fluctuations de spins et d'augmenter la portee des interactions magnetiques intersites, permettant ainsi le developpement d'une structure antiferromagnetique modulee a partir de x0,08. L'apparition de l'ordre se traduit sur les courbes t par la presence, au voisinage de t#n, d'anomalies dont la nature varie suivant la concentration. Pour 0,2x0,7, on observe en outre un changement de pente aux environs de 2 k qui peut etre relie a une augmentation de l'harmonique 3 de la modulation des moments magnetiques. A l'etat dilue, les ions de cerium se comportent essentiellement co
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Dominguez, Didier. "Application de l'effet Hall quantique en métrologie conservation de l'ohm et détermination de la constante de structure fine /." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb376046031.
Full text
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Laveder, Dimitri. "Dynamique tridimensionnelle d'ondes d'Alfvén en magnétohydrodynamique avec effet Hall." Nice, 2001. http://www.theses.fr/2001NICE5627.
Full textAbstract:
La dynamique d'ondes d'Alfvén se propageant dans un plasma le long d'un champ magnétique uniforme est étudiée dans le cadre de la magnétohydrodynamique avec effet Hall (MHD-Hall), qui étend la MHD usuelle à des échelles comparables à la longueur inertielle des ions et à des fréquences proches de la résonance cyclotron ionique. La validité de la MHD-Hall, ainsi que les propriétés de ces ondes qui dans ce domaine de fréquences deviennent dispersives, sont discutées en introduction. Les ondes d'Alfvén polarisées circulairement, solutions exactes des équations de la MHD-Hall, sont soumises à diverses instabilités conduisant à de violents effets non-linéaires. Après une première étude dans un cadre unidimensionnel, le problème est considérée pour des configurations tridimensionnelles. L'instabilité transverse et le collapse d'une onde d'Alfvén de faible amplitude avec formation d'intense filaments magnétiques, prédits par l'équation de Schr"odinger non-linéaire pour l'enveloppe de l'onde, sont établis d'abord dans le cas d'une asymptotique de grande longueur d'onde, et ensuite pour les équations primitives de la MHD-Hall. Ce phénomène de ``filamentation'' est néanmoins affecté par la présence d'instabilités quasi-transverses qui limitent l'amplification du champ et favorisent la formation de forts gradients de densité. Pour des ondes d'Alfvén de plus grande amplitude, les filaments magnétiques deviennent hélicoidaux et des ondes magnéto-sonores non-linéaires se développent. L'instabilité transverse de l'onde d'Alfvén génère en outre un écoulement quasi-incompressible à grande échelle longitudinale qui, après moyennisation sur l'échelle de l'onde, est décrit par la ``MHD réduite''. En augmentant la dispersion, cet écoulement quasi-bidimensionnel est remplacé par une turbulence complètement tridimensionnelleAlfvén waves propagating in plasma along an ambient magnetic field are studied in the framework of the magnetohydrodynamics including the Hall Effect (Hall-MHD), which extends the usual MHD to scales comparable to the ion inertial length and to frequencies close to the ion-cyclotron resonance. The validity of Hall-MHD, along with the properties of these waves which in this frequency domain become dispersive, that are exact solutions of the Hall-MHD equations, are subject to various instabilities, giving rise to strong nonlinear phenomena. After discussing the one-dimensional case, attention is paid to three-dimensional configurations. The transverse instability and the collapse of a small-amplitude Alfvén wave resulting in the formation of intense magnetic filaments, predicted by the Nonlinear Schrödinger model and then shown to also occur within the full Hall-MHD system. This “filamentation” phenomenon is nevertheless modified by the presence of quasi-transverse instabilities that inhibits the field amplification and favor the generation of strong density gradients. When the Alfvén wave generates a quasi-incompressible flow at large longitudinal scales that, after averaging on the scale of the wave, is described by the « reduced-MHD » model. Increasing the dispersion, this quasi-two-dimensional flow is replaced by a fully three-dimensional turbulence
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Hassaïne, Mokhtar. "Théories de Chern-Simons et l'effet Hall quantique." Tours, 2000. http://www.theses.fr/2000TOUR4037.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à l'étude des théories de Chern-Simons et de leur application pour décrire des phénomènes physiques planaires observés comme l'effet Hall quantique ou la supra-conductivité de type ii. La seconde partie de cette thèse concerne l'étude des propriétés de symétrie d'un fluide isentropique obtenue par réduction dimensionnelle des d-branes. Dans la première partie de ce travail, nous passons en revue l'effet Hall quantique analysé en terme de théories des champs. Ces théories de type Chern-Simons-Landau-Ginzburg (cslg) ont été proposées indépendamment par Girvin, Macdonald et par Zhang, Hansson et Kivelson. Pour notre part, nous avons montré l'équivalence mathématique de ces théories. Ensuite, en introduisant le terme naturel de Maxwell b 2/2 dans ces théories, nous avons constaté l'existence de vortex topologiques apparentes aux quasiparticules et quasitrous de Laughlin. Dans la seconde partie, nous nous sommes attachés à présenter les théories de Chern-Simons relativistes et non-relativistes. En particulier, nous étudions les symétries dans un champ de jauge extérieur avec pour application l'étude du modèle introduit par Manton pour décrire la supraconductivité de type ii. La dernière partie est une introduction à la théorie des d-branes (objets étendus) et au lien existant avec les fluides isentropiques. Nous avons étudié les symétries du gaz de Chaplygin ; gaz isentropique de pression négative obtenu par réduction dimensionnelle des d-branes.
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Therme, Pierre. "Effet des apprentissages moteurs sur les conduites de l'enfant psychotique." Aix-Marseille 2, 1989. http://www.theses.fr/1989AIX22041.
Full text
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Delgard, Adrien. "Inductances cinétiques et capacités quantiques en régime d'effet Hall dans les conducteurs de Hall." Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTS063/document.
Full textAbstract:
Le sujet de cette thèse concerne le transport en alternatif à basse fréquence dans les états de bords de l'effet Hall quantique. L'objet d'étude est la partie imaginaire de l'admittance, inductive ou capacitive, des échantillons de Hall. Dans un gaz d'électrons bidimensionnel, le transport à très basse température sous champ magnétique quantifiant, se fait dans des canaux de bord unidimensionnels. Ces canaux ont une capacité quantique propre et sont par ailleurs couplés par l'interaction électrostatique.Nos échantillons sont fabriqués à partir d'hétérojonctions GaAlAs/GaAs et n'ont pas de grille pour n'exhiber que leur propriétés capacitives intrinsèques. Deux topologies sont étudiées dans cette thèse : les barres de Hall et les Corbinos, de géométrie circulaire. La topologie permet de distinguer 2 comportements dans le transport en alternatif.Sont d'abord présentées les mesures à l'impédancemètre de la partie imaginaire de l'impédance et les spectres de réactance, pour les barres de Hall en fonction de la fréquence. Nous utilisons des mesures 3 points ou bien 2 points, mais toujours en 4 fils, et révélons la nature inductive des état de bords. Nous montrons que l'inductance est inversement proportionnelle à la densité d'état, comme le prévoit le calcul de l'inductance quantique d'un canal 1D. Le formalisme de Buttiker permet en outre de comprendre cette dépendance en terme de capacité mutuelle des états de bords.Nous mesurons également la partie imaginaire de l'admittance et traçons les spectres de susceptance des Corbinos, qui s'avèrent être des capacités parfaites. Nos résultats s'interprètent en faisant intervenir la capacité quantique des états de bords.Enfin, nous montrons que l'effet Hall dans un échantillon type barre, peut être vu comme l'effet d'apparition d'une inductance, et ceci même à haute température. Cette inductance cinétique est le résultat de l'augmentation du temps de dissipation de l'énergie sur les phonons, avec le champ magnétiqueIn a two dimensional electron gas, low energy transport in presence of a magnetic field occurs in chiral 1D channels located on the edges of the sample. In the Buttiker’s description of a.c. quantum transport, the “emittance” determines the amplitude of the imaginary part of the admittance, whose sign and physical meaning are determined by the topology: in the case of an Hall bar the emittance is an inductance, while it is a capacitance in the case of a corbino sample.Emittance is related to the density of states and to the drift velocity of carriers. So quantum capacitances and inductances give access to the velocity of the charge carriers through the transit time/dwell time of charges in the quantum circuit.We performed systematic studies on samples with different topologies : Hall bars and Corbino disks. Our samples have no gate, which makes us able to observe the inner properties of the quantum states. We have measured the ac admittance of quantum Hall samples using standard electrical techniques in the [0.1-100] kHz frequency range, at low temperature under high magnetic field.We measured kinetic inductances of Hall bars with three contacts and showed the perfect inductive nature of edge states. We measured quantum capacitances of Corbino disks as well. In both topologies we observed the close relation between the emittance and the density of states. We show also the proportionality between the emittance and the length of the circuit. We obtain the transit time of electrons through the device, and finally the drift velocity on edge states.At high temperature we still observe an inductive behavior of Hall bars, induced by increase of energy relaxation time with magnetic field
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Papic, Zlatko. "Fractional quantum hall effect in multicomponent systems." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112121.
Full textAbstract:
Nous étudions un certain nombre de manifestations de l’effet Hall quantique fractionnaire dans les bicouches d’effet Hall quantique, des puits quantiques larges ou le graphène, dans lesquels les degrées de liberté multicomposantes produisent des phénomènes physiques insolites. Dans la bicouche d’effet Hall quantique du remplissage total ν = 1, nous examinons les fonctions d’onde mixtes des bosons composites et fermions composites afin de décrire la destruction de la suprafluidité excitonique au fur et à mesure qu’on augmente la distance entre les deux couches. Nous proposons des fonctions d’onde d’essai qui décriraient bien l’´etat de la bicouche quand il s’agit de distances intermédiaires et nous y étudions leurs propriétés. Dans la bicouche d’effet Hall quantique du remplissage total ν = 1/2 et ν = 2/5, nous étudions la transition de phase quantique entre les états multicomposantes de Halperin et les phases polarisées (abeliannes et non-abeliannes) en fonction des modifications effectuées dans le terme tunnel. Afin d’étudier les transitions, nous utilisons à la fois la diagonalisation exacte et la théorie effective BCS. Nous présentons d’autre part un modèle réaliste du puits quantique large que nous utilisons dans l’examen des états avec un dénominateur pair, à ν = 1/2 et ν = 1/4 dans le plus bas niveau de Landau. Nous proposons enfin quelques états d’effet Hall quantique fractionnaire possibles dans le graphène, celles-ci reposant sur l’image multicomposante qui concerne les degrés de liberté de spin et de valléeWe study a number of fractional quantum Hall systems, such as quantum Hall bilayers, wide quantum wells or graphene, where underlying multicomponent degrees of freedom lead to the novel physical phenomena. In the quantum Hall bilayer at the filling factor ν=1 we study mixed composite boson-composite fermion trial wave functions in order to describe the disordering of the exciton superfluid as the bilayer distance is increased. We propose wave functions to describe the states of the bilayer for intermediate distances and examine their properties. At the bilayer total filling ν=1/2 and ν=2/5 we study the quantum phase transition between the multicomponent Halperin states and the polarized, Abelian and non-Abelian, phases as the tunneling term is varied. We use a combination of exact diagonalization and the effective BCS model to study the transitions. Furthermore we introduce a realistic model of the wide quantum well which is used to examine even-denominator quantum Hall states at ν=1/2 and ν=1/4 in the lowest Landau level. Finally, we explore some possibilities for the fractional quantum Hall effect in graphene based on the multicomponent picture of spin and valley degrees of freedom
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Vermot-Gaud, Jacques Néel Louis. "Etude d'une application de l'effet Hall à la réalisation d'éléments de circuits logiques." S.l. : Université Grenoble 1, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00277341.
Full text
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Brun-Picard, Jérémy. "Une nouvelle génération d'étalons quantiques fondée sur l'effet Hall quantique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS549/document.
Full textAbstract:
Le futur Système International d'unités, fondé sur des constantes fondamentales, va permettre de profiter pleinement des étalons quantiques de résistance, de courant et de tension qui sont reliés à la constante de planck et à la charge élémentaire. Dans cette thèse, nous avons développé et étudié un étalon de résistance fondé sur l'effet Hall quantique (EHQ) dans du graphène obtenu par dépôt chimique en phase vapeur (propane/hydrogène) sur substrat de carbure de silicium. Nous avons réussi à montrer, pour la première fois, qu'un étalon de résistance en graphène pouvait fonctionner à des conditions expérimentales plus pratiques que son homologue en GaAs/AlGaAs, c'est-à-dire à des températures plus élevées (T⋍10 K), des champs magnétiques plus faibles (B ⋍ 3,5 T) et des courants de mesures plus importants (I⋍500 μA). Dans une optique de compréhension et d'amélioration, nous avons analysé la reproductibilité du processus de fabrication de barres de Hall, testé une méthode de modification de la densité électronique et étudié les mécanismes de dissipation en régime d'EHQ.Dans une seconde partie, nous avons démontré qu'il était possible de réaliser une source de courant quantique programmable et versatile, directement reliée à la charge élémentaire, en combinant les deux étalons quantiques de tension et de résistance dans un circuit quantique intégrant un comparateur cryogénique de courant. Des courants ont ainsi pu être générés dans une gamme allant de 1 μA jusqu'à 5 mA avec une incertitude relative jamais atteinte de 10⁻⁸. Nous avons également prouvé que cet étalon de courant, réalisant la nouvelle définition de l'ampère, pouvait être utilisé pour étalonner un ampèremètreThe future International System of Units, based on fundamental constants, will allow to take full advantage of the quantum standards of resistance, current and voltage that are linked to the planck constant and the elementary charge only.In this thesis, we have developed and studied a resistance standard based on the quantum Hall effect in graphene obtained by chemical vapor deposition (propane/hydrogen) on silicon carbide substrate. For the first time we were able to show that a graphene resistance standard could operate at more practical experimental conditions than its counterpart in GaAs/AlGaAs, ie at higher temperatures (T⋍10 K), weaker magnetics fields (B ⋍ 3,5 T) and larger measurement currents (I⋍500 μA). From an understanding and improvement perspective, we have analyzed the fabrication process of the Hall bar and its reproducibility, tested a method to modify the electronic density, and investigated the quantum Hall effect dissipation mechanisms.In a second part, we have demonstrated that it was possible torealize a programmable and versatile quantum current source from the elementary charge, by combining the two quantum standards of voltage and resistance in a quantum circuit integrating a cryogenic current comparator. Currents were generated in the range from 1 μA to 5 mA, with a relative uncertainty never achieved before of 10⁻⁸. We have also showed that this current standard, realizing the new definition of the ampere, could be used to calibrate an ammeter
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Regnault, Nicolas. "Solutions exactes de la gravité réduite : effet Hall quantique de spin." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001360.
Full textAbstract:
La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude de la gravité en l'absence de matière lorsque la métrique ne dépend que de deux variables. En s'appuyant sur une nouvelle paire de Lax basée sur l'algèbre sl(2, R) affine déformée par un automorphisme d'ordre 2 et l'algèbre de Virasoro, nous obtenons une méthode purement algébrique (sans calcul d'intégrale) pour engendrer l'ensemble des solutions. Les éléments de la métrique sont alors exprimés par des déterminants. Toujours à l'aide de cette paire de Lax, nous étudions la structure symplectique de la théorie. Nous montrons que ce modèle non ultralocal conduit à des équations de Yang-Baxter modifiées ne faisant intervenir que de purs c-nombres. Nous présentons aussi une méthode pour calculer les observables classiques à l'aide de conditions aux limites raisonnables. Dans la seconde partie, nous nous attachons à regarder l'effet Hall quantique de spin. Nous étudions une généralisation du modèle de Chalker-Coddington en considérant un grand nombre de degrés de liberté de spin possédant une symétrie SP(2N). Nous mettons en évidence une direction dans l'espace des constantes de couplage dite isotrope, qui est préservée par le flot de renormalisation et attractive dans la région des constantes de couplages positives. Nous montrons que le modèle sigma effectif pour cette direction correspond, dans la limite où N est grand, à une théorie massive dans la limite infrarouge. La dernière partie est dédiée à la présentation de l'application de l'algorithme du groupe de renormalisation numérique utilisant la matrice de densité à l'effet Hall quantique fractionnaire. Nous présentons l'ensemble des notions de base nécessaires à une telle étude. A titre de complément, nous appliquons une partie des outils numériques développés à la détermination des constantes de couplage de la molécule magnétique Mn12Ac.
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Thiébaut, Nicolas. "Effet Hall quantique fractionnaire dans la bicouche et le puits large." Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112050/document.
Full textAbstract:
Les progrès technologiques dans la fabrication des semi-conducteurs permettent, depuis le début des années 80, de réaliser des dispositifs dans lesquels les électrons sont fortement confinés dans un plan, on parle de système d'électrons bidimensionnels. L'application d'un champ magnétique perpendiculaire intense à ce système permit l'observation des effets Hall quantiques (EHQ), entier en 1980 puis fractionnaire en 1982. En présence du champ magnétique et aux températures extrêmement faibles qui sont concernées, le spectre énergétique des électrons bidimensionnels est quantifié en niveaux de Landau macroscopiquement dégénérés. Le comportement du système est alors déterminé par le facteur de remplissage des niveaux de Landau. L'EHQ entier apparaît autour des valeurs de champ magnétiques qui correspondent à un remplissage entier des niveaux Landau, tandis que son pendant fractionnaire est obtenu autour de certaines fractions du facteur de remplissage ν (ν =1/3, 2/5, 5/2, …) . Alors qu'à remplissage ν entier c'est le comportement individuel des électrons qui gouverne le comportement du système, aux facteurs de remplissage fractionnaires les corrélations électroniques dominent. En raison de ce caractère fortement corrélé, l'EHQ fractionnaire sous-tend un effort de recherche expérimental et théorique important depuis sa découverte. En effet, dans le régime fractionnaire les corrélations fortes induisent des propriétés inédites telles l'existence de quasi-particules de charge fractionnaire, mais elles rendent également la description théorique du système ardue. En 1983, Robert Laughlin proposa une fonction d'onde variationnelle modèle pour la description de l'EHQ fractionnaire observé à remplissage ν=1/3, dont il discuta la validité au regard d'une étude numérique approfondie des interactions entre les électrons. Le succès de cette méthode l'éleva au rang de paradigme, et de nombreuses fonctions d'onde d'essai ont depuis été proposées pour l'explication des effets Hall quantiques observés aux autres facteurs de remplissages. Notamment, la fonction d'onde de Moore et Read s'avère pertinente pour la description de l'EHQ observé à demi-remplissage du second niveau de Landau. Celle-ci suggère l'existence de quasi-particules non-abéliennes qui génère des espoirs importants de par ses applications potentielles en informatique quantique protégée topologiquement. Bien que l'EHQ ait également été observé à demi-remplissage du plus bas niveau de Landau, la nature de l'état sous-jacent est encore débatue. Celui-ci n'est observé que dans les systèmes bicouches et dans les puits larges qui sont au centre de ce travail de thèse. Les puits larges désignent les systèmes dans lesquels l'épaisseur du système d'électrons bidimensionnel ne peut plus être négligée, typiquement à des épaisseurs de l'ordre de 100 nm. En raison du potentiel de confinement ressenti par les électrons, leurs niveaux d'énergies dans la direction du confinement sont quantifiés en sous-bandes. Dans un puits extrêmement fin seule la plus basse sous-bande est peuplée et le degré de liberté correspondant est alors gelé, mais dans les puits large les sous-bandes excitées sont pertinentes. Dans ces conditions l'EHQ fractionnaire à demi-remplissage peut également résulter de la stabilisation d'un état à deux composantes qui peuple les sous-bande excitées. Cet état proposé par Bertrand Halperin en 1983 entre en compétition avec l'état de Moore et Read. En plus de ces deux états, un état métallique de fermions composite est possible, ainsi qu'un cristal électronique de Wigner au comportement isolant. La compétition entre ces différents états est arbitrée par une étude de Monte-Carlo variationnel combinée à des calculs de diagonalisation exacte. La nature de l'état qui est stabilisé dépend de la nature du potentiel de confinement. Dans ce manuscrit de thèse sont discutés les dispositifs de la bicouche, du puits large, ainsi que du puits large en présence d'un biais externeDue to technological advances in the manufacture of semiconductors enable, in it possible since the early 80s to create devices in which electrons are strongly confined in a plane, thus effectively realizing a two-dimensional electron system. The application of a strong perpendicular magnetic field to this system led to the observation of the integer quantum Hall effect (QHE) in 1980 and fractional QHE in 1982. Under a strong magnetic field the energy spectrum of the two-dimensional electrons is quantified in Landau levels that are macroscopically degenerate, and the behavior of the system is governed by the filling factor of Landau levels. The integer QHE appears around magnetic field values which correspond to an integer filling of the Landau levels, while the fractional equivalent is obtained around certain fractions of the filling factor ν (ν = 1/3, 2/5, 5 / 2, ...). Although for integers values of ν is the individual behavior of electrons dictates the behavior of the system, the fractional filling factors the electronic correlations dominate. Because of those strong correlations, the underlying fractional QHE motivates an important experimental and theoretical research effort since its discovery. Indeed, in the fractional regime the strong correlations induce novel properties such as the existence fractionally-charged quasiparticles, but they also make the theoretical description of the system laborious. In 1983 Robert Laughlin proposed a variational wave function model for the description of the QHE observed at fractional filling ν = 1/3. He discussed the validity of this trial wave function in a comprehensive numerical study of interactions between electrons. The success of this method made it a paradigm, and many test wave functions have been proposed since then for the explanation of quantum Hall effects observed with other fillings factors. In particular, the wave function of Moore and Read is relevant for the description of the QHE observed at half-filling the second Landau level. This suggests the existence of non-Abelian quasiparticles with potential applications in topologically-protected quantum computing. QHE has also been observed at half filling the lowest Landau level, but the nature of the underlying quantum state is still debated; it is observed that in bilayer systems and wells wide. The large wells, which are the focus of this thesis, refer to systems in which the thickness of the two-dimensional electron system cannot be trivially neglected and usually corresponds to a thickness of about 100 nm. Due to the confinement potential felt by the electrons, their energy levels in the direction of confinement are quantized in sub-bands. In a narrow well only the lowest subband is populated and the corresponding degree of freedom is thus frozen, but in a wide well the excited sub-bands are relevant. Under these conditions fractional QHE at half-filling can also result from the stabilization of a two-state components that also populates the excited sub-band. The corresponding trial state, proposed by Bertrand Halperin in 1983, competes with the state of Moore and Read. In addition to these two states, a metal composite fermion state is a relevant trial state as well as an electronic Wigner crystal, the latter behaving as an insulator. The competition between these states is refered by a variational Monte-Carlo study combined with exact diagonalization calculations. The nature of the state that is stabilized depends on the nature of the confinement potential. In this PhD thesis three confinement potentials are studied: the bilayer, the wide well, and the wide well in the presence of an external bias
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Bocquillon, Erwann. "Electron quantum optics in quantum Hall edge channels." Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066692.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à la manipulation d'excitations mono-électroniques dans un conducteur quantique balistique, par l'implémentation d'expériences d'optique quantique électronique avec la résolution d'une charge élémentaire. Une capacité mésoscopique produit à la demande des excitations monoélectroniques dans le canal de bord externe de l'effet Hall quantique. Nous mesurons les fluctuations de courant après partitionnement des excitations sur une lame séparatrice électronique, dans un analogue de l'expérience de Hanbury-Brown & Twiss, afin de révéler les excitations neutres (paires électron/trou) qui peuvent accompagner la charge produite. Les excitations thermiques dans la mer de Fermi sont alors responsables d'interférences à deux particules qui permettent d'obtenir des informations sur la distribution en énergie des quasiparticules émises par la source. A l'aide de deux sources indépendantes et synchronisées, nous générons deux quasi-particules indiscernables, qui interfèrent sur une lame séparatrice dans un analogue de l'expérience de Hong-Ou-Mandel. La visibilité de ce phénomène est possiblement limité par la décohérence des paquets d'ondes électroniques par interaction avec l'environnement, notamment les autres canaux de bords. En mesurant le couplage capacitif entre deux canaux de bords co-propageant, nous caractérisons les effets de l'interaction coulombienne et mettons en évidence un mode neutre de propagation. Ces expériences constituent les premières implémentations d'expériences d'optique quantique électronique avec des charges uniques, et permettent d'envisager des expériences plus complexes comme la tomographie d'un paquet d'onde mono-électroniqueThis thesis is devoted to the implementation of quantum optics experiments in a ballistic quantum conductor, with single charge resolution. A mesoscopic capacitor produces on-demand single-electron excitations in the outermost edge channel of quantum Hall effect. We measure current fluctuations after partitioning of excitations on an electronic beamsplitter, in analogy with the Hanbury-Brown & Twiss experiment, so as to unveil neutral excitations (electron/holes pairs) that can accompany the emission of the charge. Thermal excitations in the Fermi sea are then responsible for two-particle interferences that yield information on the energy distribution of the generated quasiparticles. Using two independent and synchronized sources, we generate two indistinguishable quasiparticles that interfere on a beamsplitter as in the Hong-Ou-Mandel experiment. The visibility of this phenomenon could be limited by decoherence of the wavepackets due to interactions with the environment and especially with other co-propagating edge channels. By measuring the capacitive coupling between two co-propagating edge channels, we characterize the effects of Coulomb interaction on propagation and highlight a neutral mode of propagation. These experiments constitute the first implementations of electron quantum optics experiments with single charges. They pave the way to more complex experiments such as the tomography of a mono-electronic wavepacket
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Taillefumier, Mathieu. "Quelques mécanismes non conventionnels de l'effet Hall anormal." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00012052.
Full textAbstract:
Ce manuscrit est divisé en trois parties distinctes. les deuxpremières parties sont axées sur l'étude de quelques mécanismes
intrinsèques de l'effet Hall anormal. Nous montrons notamment que la
diffusion des porteurs de charge par des impuretés ou des défauts
donne une contribution intrinsèque non négligeable à l'effet Hall
anormal. Nous proposons ensuite une expérience, basée sur un réseau de
nanocylindres magnétiques, placé au dessus d'un gaz d'électrons
bidimensionnel, dans laquelle les contributions intrinsèques de
l'effet Hall anormal sont clairement identifiables et contrôlables.
Enfin, nous abordons le problème du mécanisme de chiralité de spin
proposé pour expliquer l'effet Hall dans le composé pyrochlore
Nd$_2$Mo$_2$O$_7$. En utilisant un modèle de gaz sur réseau ainsi
qu'une configuration magnétique non colinéaire (chirale), nous
montrons que la conductivité transverse a une dépendance complexe par
rapport à la chiralité de spin.
La dernière partie de ce manuscrit est dédiée à l'étude de quelques
propriétés des gaz d'électrons soumis à un champ magnétique
inhomogène. Après un bref rappel sur la dynamique d'électron en
présence d'un gradient de champ magnétique constant, nous abordons le
problème d'un champ magnétique périodique spatialement. En calculant
quelques états de Bloch aux points de haute symétrie, nous montrons qu'il
existe des états pour lesquels les électrons sont localisés au
voisinage des lignes de champ nul. Le calcul des courants de
probabilité montre que ces états sont porteurs de courants permanents
dont l'origine est liée aux inhomogénéités du champ magnétique au
voisinages des lignes de champ nul.
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Moukila, Henri Serge. "Contribution à la caractérisation des semi-conducteurs par une méthode hyperfréquence." Toulouse, INPT, 1986. http://www.theses.fr/1986INPT020H.
Full text
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BAZZALI, DANIEL. "Calculs d'energies dans le premier niveau de landau." Cergy-Pontoise, 1999. http://www.theses.fr/1999CERG0075.
Full textAbstract:
Cette these porte sur la mise au point d'une nouvelle technique, en grande partie analytique, pour calculer la valeur moyenne de l'energie totale associee a une fonction d'onde fermionique, de spin maximal, construite dans le premier niveau de landau et ceci dans la geometrie du disque. Cette situation est digne d'interet car elle constitue le cadre de l'effet hall quantique fractionnaire. Cet effet quantique macroscopique se produit dans les systemes fortement correles d'electrons bidimensionnels, a tres basse temperature et en presence d'un champ magnetique perpendiculaire eleve. Par exploitation de l'analyticite, du caractere fermionique et de l'invariance par rotation du systeme, nous avons montre comment il etait possible de calculer la valeur moyenne totale de l'energie. Une expression compacte et exacte de l'energie moyenne d'interaction des electrons avec le fond continu a ainsi ete obtenue. Concernant l'evaluation de l'energie potentielle coulombienne, le resultat s'ecrit sous la forme d'une somme de termes. Chaque terme est defini par un coefficient intervenant dans le developpement d'une fonction a deux points particuliere et d'une serie de fonctions hypergeometriques. La convergence tres rapide de ces series permet de limiter la sommation aux premier membres. Afin de valider notre approche, nous avons applique cette technique au cas des celebres fonctions de r. Laughlin. A cette fin, il a ete utile de construire des relations de recurrence pour engendrer les puissances et coefficients intervenant dans les developpements multinomiaux de ces fonctions. L'etude des petits systemes electroniques a conduit a definir les parametres de ces etats associes afin de reduire au maximum les effets de tailles finies et de faciliter la comparaison avec les resultats existant a la limite thermodynamique dans la litterature.
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Ralko, Arnaud. "Particules identiques bidimensionnelles fortement corrélées : nouveaux aspects." Paris 11, 2003. http://www.theses.fr/2003PA112128.
Full textAbstract:
Les but de cette thèse est d'établir et d'analyser un mécanisme naturel permettant aux particules identiques chargées d'un système bidimensionnel, dans des cadres proches de l'effet Hall quantique fractionnaire, d'acquérir un caractère anyonique (statistique intermédiaire entre boson et fermion). Le cas de deux particules dans un confinement quadratique (magnétique et/ou harmonique) perpendiculaire est résolu exactement à l'aide de fonctions bi-confluentes de Heun. Nos états possèdent de l'anyonicité, induite par la compétition entre: les forces de confinements et la répulsion Coulombienne. Une analyse complète du problème met en évidence un certain nombre d'effets tels que la divergence de la distribution radiale de probabilité, le phénomène de Klaudef ou encore les trajectoires anyoniques. Selon les types de confinements choisis, ces particules ont un comportement spécifique dans le fondamental de l'énergie: l'anyonicité entraîne des changements successifs d'états qui provoquent des sauts dans l'aimantation (comparables aux résultats d'études numériques). Pour trois particules, dans le cadre du schéma de Taut, on retrouve des solutions ayant toutes les caractéristiques des états à deux particules. Une généralisation ad hoc à N particules est proposée: ces états généralisés ont toujours le caractère anyonique et contiennent en plus les états de Hall de Laughlin. Dans une approximation du type champ moyen, on vérifie que le système se comporte comme des anyons quasi-libres (postulat de Jain). Enfin, le problème d'une particule chargée sur une sphère de rayon R en présence d'un champ magnétique radial et d'une charge centrale placée au pôle est traité. Nous obtenons des solutions exactes en termes de fonctions de Heun ainsi que le spectre énergétique. Les différents régimes sont discutés et le calcul de la limite R → ∞ redonne localement les solutions planairesThe aim of this thesis is to establish and to analyse a natural mechanism which allows a bi-dimensionnal system of identical charged particles, for example in the fractional quantum Hall effect picture, to have an anyonic behaviour (intermediate statistics between the bosonic and the fermionic cases). The two particles problem with quadratic perpendicular confinements (magnetic and/or harmonic) is exactly solved with the help of the bi-confluent Heun functions. Our states display anyonic features, induced by the competition between confinement forces and Coulomb repulsion. A complete analysis exhibits divergent radial distribution of probability, Klauder phenomenon or anyonic trajectories. Depending of the type of the confinement, these particles have special behaviours in the ground state energy : anyonicity yields successive transitions of states which give discontinuities in the magnetization (as it can be seen in numerical studies of the litterature). For three particles, in the Taut's scheme, we find solutions with same characteristics of the two particles-states. An ad hoc generalization for N particles is given : these generalized states have always anyonic behaviour and contain the Laughlin's quantum Hall states in their structure. In the Random Phase Approximation, we verify that the system is equivalent to a free-like anyons one (Jain's ansatz). Finally, the case of one charged particle on a sphere of radius R, under a constant radial magnetic field and interacting with a central charge placed at the north pole is treated. We obtain exact solutions in terms of Heun functions as well as the energy spectrum. The different regimes are studied and in the R → ∞ limit, one recovers the local planar solutions
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Vanhaverbeke, Antoine. "Corrélations entre hétéogénéités magnétiques et transport électrique dans des nanostructures." Paris 11, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00121862.
Full text
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Rossi, Alberto. "Développement d'outils d'optimisation dédiés aux circuits magnétiques des propulseurs à effet Hall." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/19234/1/ROSSI_Alberto_public.pdf.
Full textAbstract:
Aujourd’hui les propulseurs à effet Hall ont gagné une position dominante dans le marché des propulseurs électriques spatiales. Ce grand succès est du surtout à leur simplicité de réalisation (par rapport aux autres typologies des propulseurs) et à leur efficacité (par rapport aux propulseurs chimiques traditionnels). Les propulseurs à effet Hall sont aujourd’hui utilisés sur un très grand nombre des plateformes satellitaires (surtout pour les télécommunications). Les composants principales d’un propulseur à effet Hall sont : le circuit magnétique, le canal plasma, l’anode (placé au fond du canal plasma avec injecteur du gaz) et la cathode (placée à l’extérieur du canal plasma). Le fonctionnement d’un propulseur à effet Hall est basé sur la génération d’un champ électrique axial (généré entre l’anode et la cathode) et d’un champ magnétique radial (perpendiculaires entre eux). Le champ magnétique a le rôle de former une zone de très forte concentration électronique (il emprisonne les électrons générés par la cathode) pour permettre aux atomes neutres du gaz de se ioniser. Le champ électrique a le rôle d’accélérer les ions vers l’extérieur du canal. Cette accélération génère la poussée. Le champ magnétique joue un rôle crucial dans le fonctionnement d’un propulseur à effet Hall. La forme du champ magnétique impacte sur les performances propulsifs et sur l’érosion du propulseurs. La topologie magnétique classique des propulseurs à effet Hall n’a subi presque pas des changements depuis les années de développement de cette technologie parce qu’elle garanti des performances propulsifs assez satisfaisantes. Aujourd’hui, avec les nouvelles exigences propulsifs, il y a une très forte nécessité des moteurs avec une durée de vie plus longue. Des nouvelles topologie magnétique innovante sont proposés aujourd’hui comme par exemple le "Magnetique-Shielding" ou le "Wall-Less" . Ces topologies magnétique bouleverse complètement la topologie magnétique classique (en gardant des performances propulsif satisfaisantes) pour protéger le moteur de l’érosion du plasma. Dans cette thèse une autre approche a été adopté. Nous avons pensé d’utiliser une topologie magnétique classique et de déplacer les parties du circuit magnétique attaquées par l’érosion vers des zones moins dangereuses. Nous avons agit sur la forme du circuit magnétique et pas sur la forme de la topologie magnétique pour garder les même performances propulsifs de la topologie magnétique classique. L’objectif de la thèse était de créer des outils pour le design et l’optimisation des circuits magnétiques des propulseurs à effet Hall. Un algorithme nommé ATOP a été créé dans l’équipe de recherche GREM3 du laboratoire LAPLACE de Toulouse. Cette thèse a contribué à la création de la section d’optimisation paramétrique (ATOPPO) et d’une section d’optimisation topologique basée sur les algorithmes génétiques (ATOPTOga) de l’algorithme ATOP. Les algorithme conçues dans cette thèse permettent d’optimiser des propulseurs existants (en terme de forme, masse et courant) ou de concevoir des nouveaux propulseurs (nécessité de concevoir un nouveau propulseur capable de reproduire une topologie magnétique précise). Les algorithmes développées ont démontrés leur efficacité à travers leur application sur un propulseur réel, le PPS-1350-E® de SAFRAN. Ce propulseur a été optimisé en terme de masse et de courant bobines (minimisation de la masse et du courant bobines). Les algorithmes développés ont démontré donc leur efficacité comme instrument d’optimisation et de design. Ces deux algorithmes ont été utilisé pour le design d’un circuit magnétique innovant qui a comme objectif de réduire l’érosion du moteur. Les résultats de ce processus de design ont amené à la réalisation et à la construction d’un prototype qui possède la même topologie magnétique du propulseur PPS- 1350-E® commercialisé par SAFRAN mais avec une circuit magnétique de forme différente.
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RIGAL, LAURENT. "Effet hall quantique : excitation de texture de spin et diagramme de phase." Toulouse, INSA, 1999. http://www.theses.fr/1999ISAT0030.
Full textAbstract:
Nous avons etudie certains phenomenes physiques se produisant dans le regime d'effet hall quantique entier pour des heterostructures semiconductrices. Nous avons etudie par des mesures de magnetotransport sous pression hydrostatique l'existence d'excitation de texture de spin pour les facteurs de remplissage 1, 3 et 5. Nous avons confirme l'existence de skyrmions pour v = 1 mais pas pour v = 3 et v = 5. Nos experiences sont en accord avec le modele de ando et uemura pour le calcul du gap de spin. En utilisant des mesures classiques de magnetotransport a quatre contacts, nous avons determine les diagrammes de phase pour le courant critique et le champ magnetique critique de rupture de l'effet hall quantique entier pour un grand nombre de facteurs de remplissage. Nous avons mis en evidence une ressemblance flagrante entre ces diagrammes de phase et le diagrammes de phase d'un supraconducteur et avons enfin modelise ces diagrammes de phase a l'aide d'equations phenomenologiques inspirees de celle d'un modele de supraconductivite gorter-casimir a deux fluides. Ceci nous a permis de mettre en evidence une relation de proportionnalite entre les diagrammes de phase pour les facteurs de remplissage de meme parite et un lien direct entre les parametres de modelisation et la gap dans la densite d'etats ou la forme de cette densite.
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Knothe, Angelika Hildegard. "Quantum Hall Ferromagnetism in Multicomponent Systems." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS595/document.
Full textAbstract:
Cette thèse traite des systèmes de Hall quantiques en deux dimensions, dans lesquels les électrons peuvent porter plusieurs degrés de liberté discrets différents. Le ferromagnétisme de Hall quantique fournit une manière de traiter ces degrés de liberté électroniques comme des spins et isospins effectifs des électrons. Les différentes phases du système correspondent alors à différents ordres de spin ou d'isospin. En exploitant cette analogie, nous explorons différents aspects des systèmes bi-dimensionnels dans le régime de Hall quantique en étudiant la structure correspondante des spins et isospins. Ce travail consiste en trois parties qui analysent différents matériaux bi-dimensionnels dans le régime de l'effet Hall quantique. Dans chaque projet, nous utilisons la théorie de Hartree-Fock pour étudier le système à plusieurs composantes de spin et d'isospin dans l'approximation de champ moyen. Toutes nos considérations sont directement stimulées par des résultats expérimentaux. Notre motivation principale est d'obtenir une compréhension plus profonde des processus physiques et des mécanismes qui déterminent les propriétés des matériaux à partir d'investigations exclusivement théoriques de modèles abstraits. Nous espérons que cela permettra par la suite de tirer des conclusions sur les expériences, de donner des explications aux phénomènes observés ainsi que de donner des perspectives pour des investigations futuresThe present thesis deals with two-dimensional quantum Hall systems in which the electrons may be endowed with multiple discrete degrees of freedom. Quantum Hall ferromagnetism provides a framework to treat these electronic degrees of freedom as effective spins and isospins of the electrons. Different orderings of the electronic spins and isospins then characterise different possible phases of the system. Using this analogy, various aspects of the two-dimensional systems in the quantum Hall regime are explored theoretically by studying the corresponding spin and isospin structure. The work consists of three parts in which different two-dimensional materials are investigated in the quantum Hall regime. In any of the three projects presented within this thesis, Hartree Fock theory is employed to study the multicomponent spin and isospin system at the mean field level. All our considerations are stimulated directly by experimental results. We draw our main motivation from the key idea that purely theoretical investigations of abstract models may us allow to obtain deeper insights into the physical processes and mechanisms that determine the properties of the materials. This, in turn, we hope to allow conclusions about the experiments by providing possible explanations of the phenomena observed, as well as prospects for future investigations
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Guignard, Jérémie. "Etude de l'effet Hall quantique dans le graphène exfolié en vue d'une application en métrologie quantique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00664374.
Full textAbstract:
L'effet Hall quantique (EHQ), observé par exemple dans des gaz bidimensionnels d'électrons (2DEGS) à basse température et sous fort champ magnétique, a révolutionné la métrologie des résistances car il permet d'obtenir un étalon quantique de résistance qui ne dépend que de e et h (respectivement la charge de l'électron et la constante de Planck). Une des missions des métrologues est de développer les étalons en améliorant leurs performances ou en les rendant plus facile à mettre en oeuvre (travaillant à plus haute température ou plus faible champ magnétique). Dans ce contexte, la physique du graphène suscite l'intérêt pour une application en métrologie. Une monocouche de graphène est une feuille d'un seul atome d'épaisseur constituée d'atomes de carbone disposés en nid d'abeille. Une bicouche de graphène est formée par empilement de deux monocouches. Les écarts en énergie entre les premiers niveaux de Landau dans la monocouche et dans la bicouche sont supérieurs par rapport à ceux dans GaAs ce qui rend l'EHQ dans le graphène plus robuste et laisse envisager le développement d'un étalon plus pratique. Durant ma thèse, nous avons mis en place un protocole de fabrication de barres de Hall en graphène exfolié comprenant un repérage optique, des lithographies électroniques, la métallisation, la gravure plasma... L'utilisation de substrat de silicium oxydé en surface rend possible l'utilisation d'une grille en face arrière. En outre la géométrie des échantillons répond au mieux aux critères métrologiques (canal central large, prises de tension bien définies, ...). A basse température, le dopage résiduel obtenu après le recuit in situ est de l'ordre de 3-4x1011 cm-2. Les mobilités sont proches de 3000 cm2/(V.s) et 4000 cm2/(V.s) respectivement pour les échantillons monocouche et bicouche à la fois pour les électrons et les trous. Le transport mésoscopique a été caractérisé à basse température par des mesures de localisation faible et de fluctuations universelles de conductance. La longueur de cohérence que nous avons extraite est de l'ordre de 0.5 µm à 1.5 K. La résistance des contacts mesurée en régime d'EHQ est plutôt faible (typiquement quelques ohms). L'EHQ a été étudié en détail à basse température (300 mK < T <1.5 K) et sous fort champ magnétique (jusqu'à 18.5T) à la fois dans la monocouche et la bicouche en mesurant de manière précise la résistance de Hall (RH) et la résistance longitudinale (Rxx). Les mesures fines de RH sont réalisées à l'aide d'un pont de comparaison basé sur un Comparateur Cryogénique de Courant ; elles consistent à comparer indirectement l'EHQ dans l'échantillon de graphène à l'EHQ obtenu dans une barre de Hall en GaAs/AlGaAs qui est supposée fournir la valeur exacte RH/2. Nos mesures révèlent un accord entre la résistance de Hall dans le graphène et la valeur attendue avec une incertitude de quelques 10-7. Au plus faible courant et dans l'état de dissipation minimale (Rxx→0), nous avons obtenu un accord avec une incertitude relative de 3.10-7. Ce niveau de précision est principalement limité par la petite taille de nos échantillons et par les inhomogénéités de la densité qui y sont présents, ces deux caractéristiques amenant de faibles courants de rupture de l'EHQ (1-2 µA). Toutefois, nos résultats sont à ce jour les tests les plus précis concernant l'EHQ dans du graphène exfolié et les premiers tests sur une bicouche. Ils confirment le potentiel de l'EHQ dans le graphène pour une application en métrologie.
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Lian, Yunlong. "Skyrmions in quantum Hall systems." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS308/document.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, j’étudie les skyrmions dans le ferromagnétique SU(4) d’effet Hall quantique. Les skyrmions sont des textures localisées dans les systèmes ferromagnétiques. La monocouche de graphène dans un fort champ magnétique peut être considérée comme un ferromagnétique avec le spin électronique et le pseudospin de vallée de Dirac. Les niveaux de Landau associés à des spins et des vallées différentes sont proches en l’énergie et forment des groupes bien séparés. Dans un groupe, l’interaction de Coulomb montre forme invariance de SU(4). Le modèle de skyrmions utilisé dans cette thèse est une théorie de champ classique et statique obtenue à partir du principe variationnel. Le modèle comporte des paramètres phénoménologiques, qui dépendent des substrats et d’autres paramètres expérimentaux. Sur la base de l’analyse de symétrie, nous proposons un ansatz pour les skyrmions au quart de remplissage et à la moitié du remplissage du niveau de Landau N = 0 de la monocouche de graphène. La minimisation de l’énergie du skyrmion unique est ensuite effectuée pour déterminer les paramètres dans l’ansatz de skyrmion ansatz, ce qui entraîne différents types de skyrmions spin-valley aux deux facteurs de remplissage. Des grands skyrmions sont identifiés dans certaines gammes des paramètres phénoménologiques, où l’arrière-plan ferromagnétique du skyrmion subit une transition de phase. Les ondes de spin-vallée monomode sont également analysées pour caractériser le ferromagnétique SU(4) d’effet Hall quantique. Un exemple particulier montre l’instabilité de l’état fondamental ferromagnétiqueThis thesis studies skyrmions in the SU(4) quantum Hall ferromagnet. Skyrmions are localized textures in ferromagnetic systems. The graphene monolayer in a strong magnetic field can be viewed as a ferromagnet with electron spin and Dirac-valley pseudospin – Landau levels with different spin and valley are close in energy and form well-separated groups. Within one group, the Coulomb interaction has a manifest SU(4)-invariant form. The model of skyrmions used in this thesis is a classical, static field theory obtained from the variational principle. The model has phenomenological parameters, which depend on substrates and other experimental settings. Based on symmetry analysis, I propose the ansatz for skyrmions at quarter-filling and halffilling of the N = 0 Landau level in graphene monolayer. Energy minimization of single skyrmions is then performed to determine the parameters in the skyrmion ansatz, resulting in different types of spin-valley skyrmions at both filling factors. Large skyrmions are identified in certain ranges of the phenomenological parameters, where the ferromagnetic background of the skyrmion undergoes a phase transition. Single-mode spin-valley waves are also analyzed to characterize the SU(4) quantum Hall ferromagnet. A particular example shows instability of the ferromagnetic ground state
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Nguyen, Thanh Nam. "Fabrication et études des propriétés magnétiques et de transport de films de GdCo, de multicouches à base de GdCo et de multicouches Fe/Cr." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2007. http://www.theses.fr/2007GRE10236.
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Charlebois, Serge. "Étude expérimentale des excitations topologiques de l'effet Hall quantique à [nu] = 1 dans les hétérostructures semiconductrices à double puits quantique." Sherbrooke : Université de Sherbrooke, 2002.
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Favre, Jacques. "Etude des défauts d'irradiation par mesure in situ de l'effet Hall dans les semi-conducteurs à faible largeur de bande interdite /." Saclay : Commissariat à l'énergie atomique, 1991. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb354155298.
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Chaput, Laurent Pecheur Pierre. "Calcul des propriétés de transport de matériaux thermoélectriques." Vandoeuvre-les-Nancy : INPL, 2006. http://www.scd.inpl-nancy.fr/theses/2006_CHAPUT_L.pdf.
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Madon, Benjamin. "Etude des effets magneto-transverses dans les matériaux ferromagnétiques : effets Righi-Leduc planaire et anomal et géométrie Corbino." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLX029/document.
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Résumé : Au cours de cette thèse nous nous sommes intéressés à différentes propriétés de transport électrique, thermique et thermoélectrique. En particulier, nous avons mis en évidence les effets Righi-Leduc anomal et planaire qui sont les équivalents thermiques des effets Hall anomal et planaire. Ces effets doivent impérativement être considérés dans l’interprétation des mesures d’effet Seebeck de Spin.Nous avons mis à profit les techniques développées dans le cadre de cette étude pour étudier l’effet Nernst dans InSb. Nous avons utilsé un modèle de distribution de porteur pour expliquer les non-linéarités de celui-ci à des champs magnétiques proches de 1T.Nous avons construit une expérience de résonance ferromagnétique dont le but sera d’étudier les implications des effets thermique et thermoélectrique dans les expérience de pompage de spin. Enfin, nous nous sommes intéréssés au transport électrique en géométrie Corbino. La géométrie Corbino est celle d’un disque dans laquelle il n’existe aucun bord libre ou des charges peuvent s’accumuler. Cela se traduit par l’apparition d’un courant de Hall ortho-radial dont la conséquence est l’augmentation de la résistance du disque. Nous avons mis en évidence une augmentation de résistance en géométrie Corbino dans CoGd et CoTb dont l’origine est l’effet Hall anomale. Bien que cet effet ne soit pas dissipatif, il a donné naissance à un courant dissipatif transverse. Nous avons également vu que cet effet entre en compétition avec la magnétorésistance anisotrope dans le permalloy.Du fait de la similitude entre l’effet Hall anomal et l’effet Hall de spin, on s’attend dans le platine à l’existence d’un fort courant de spin orthoradial sans possibilités d’accumulations dont la mise en évidence expérimentale fera l’objet de travaux futursAbstract: During this PhD we studied different electric, thermal and thermoelectric properties. For instance, we characterized the anomalous and planar Righi-Leduc effects which are the thermal equivalent of the anomalous and planar Hall effects. These effect have to be taken into account when interpreting spin Seebeck measurements.We used the technics that we developped during this study to look at the Nernst effect in InSb. We developped, a carrier mobility distribution model to explain its non-linearity at fields around 1T.We built a ferromagnetic resonance experiment in order to study the impact of thermal and thermoelectric properties in spin pumping effect.Lastly, we studied electric transport in the Corbino geometry. Corbino geometry is the one of a disc where there are no free boundaries where electric charges can accumulate. This causes the apparition of an orthoradial Hall current which consequence is the increase of resistance of the disc. We showed an increase of resistance in the Corbino geometry in CoGd and CoTb originating from anomalous Hall effect. Despite the anomalous Hall effect does not dissipate, it produces an orthoradial current which dissipates. We also found in permalloy that this increase of resistance is counterbalanced by a decrease of resistance due to the anisotropic magnetoresistance.The similarity between anomalous Hall effect and spin Hall effect which share a common microscopic origin implies that we expect in platinum the apparition of an orthoradial spin current without possibility for the charges to accumulateition. This current should dissipate just the way it does for the anomalous Hall effect.The study of this spin current will be the topic of a futur study
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Trifu, Alexandru Vladimir. "Mesures de couples de spin orbite dans des héterostructures métal lourde/ferromagnet à base de Pt, avec anisotropie magnétique planaire." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAY044/document.
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La loi de Moore est basée sur l’observation empirique qu’environ chaque deux années, le nombre de transistors dans des circuits denses intégrées double. Cette tendance s'est bien maintenue au cours des dernières décennies (années 1970 et suivantes). Cependant, la miniaturisation continue des transistors entraîne une augmentation significative des pertes d’énergie par le courant de fuite, ce qui augmente la consommation d'énergie de veille. Cette perte d’énergie est devenue un problème majeur dans la microélectronique pendant les dernières années, ce qui rend plus difficile le développement des nouvelles technologies. L’une des solutions est de placer des éléments mémoire non-volatile dans le puce, qui retiennent la configuration du transistor pendant la mise hors tension et permettent de le restaurer à la mise sous tension. Les Magnetic Random Access Memories (MRAM) sont considérées par l'ITRS comme un candidat crédible pour le remplacement potentiel de SRAM et de DRAM au-delà du nœud technologique de 20 nm. Bien que les exigences de base pour la lecture et l'écriture d'un élément de mémoire unique sont remplies, l'approche actuelle basée sur Spin Torque Transfer (STT) souffre d'un manque inné de la flexibilité. Le courant électrique entraine le retournement de l’aimantation de la couche ferromagnétique libre par le transfert du moment angulaire d’une couche ferromagnétique adjacent. Ainsi les éléments de mémoire basées sur STT ont deux terminaux dont les voies de courant pour « écriture » et « lecture » sont définies par la forme de «pillar». L’optimisation indépendant des paramètres d’écriture et de lecture reste, donc, très difficile. Au même temps, la densité de courant trop haute, nécessaire pour écrire, conduit à la vieillissement prémature du jonction tunnel. En conséquence, l’intégration MRAM dans la technologie du semi-conducteur reste, donc, difficile.Démonstrations récentes de reversement d’aimantation entrainées par l’injection d’un courant planaire dans des heterostructures métal lourd/ferromagnet ont attiré l’attention croissante sur les couples de spin basé sur le transfert du moment angulaire par l’effet Hall de spin et les effets d’interface. Contrairement à STT-MRAM, la SOT-MRAM a trois terminaux, dont les voies de courant pour « écriture » et « lecture » sont indépendantes. Cela permet d’améliorer les paramètres « écriture » et « lecture » de manière indépendante. Pour contrôler et optimiser les SOT il est nécessaire de comprendre très bien leur origine. Cela reste l’une des plus importantes questions dont on n’a pas une réponse définitive. Dans ce contexte, plusieurs études ont conclu sur un modèle basé seulement sur l’effet Hall de spin, en même temps que d’autres ont suggéré un modèle basé sur une contribution combiné de l’effet Hall de spin et l’effet d’interface.L’objectif de cette thèse est de réaliser une étude systématique sur les effets d’interface sur les SOT dans des heterostructures métal lourde/ferromagnet a base de Pt, avec aimantation planaire.Dans ce but, cette thèse explore trois voies différentes. Premièrement nous avons modifié le rapport entre les effets d’interface et les effets bulk en changeant l’épaisseur de la couche de Pt et en suivant l’évolution des SOT. En deuxième nous avons exploré des différents empilements métal lourde/ferromagnet afin d’étudier différentes interfaces. Finalement, nous avons changé les propriétés des interfaces soit par changer la structure cristalline soit par oxydation. La technique de mesure, la méthode d’analyse de données associé et les aspects théoriques nécessaires pour l’interprétation des données sont aussi détaillés dans ce manuscritMoore’s law is based on empirical observation and states that every two years approximately, the number of transistors in dense integrated circuits doubles. This trend has held up well in the past several decades (1970s and onwards). However, the continuous miniaturisation of transistors brings about a significant increase in leakage current, which increases the stand-by power consumption. This energy loss has become a major problem in microelectronics during the last several years, making the development of new technologies more difficult. One of the solutions that can address this issue is to place non-volatile memory elements inside the chip, that retain the configuration of the transistor during power-off and allow to restore it at power-on. Magnetic Random Access Memories (MRAM) are considered by the ITRS as a credible candidate for the potential replacement for SRAM and DRAM beyond the 20 nm technological node. Though the basic requirements for reading and writing a single memory element are fulfilled, the present approach based on Spin Transfer Torque (STT) suffers from an innate lack of flexibility. The electric current drives the magnetization switching of a free ferromagnetic layer by transferring angular momentum from an adjacent ferromagnet. Therefore, STT-based memory elements are two terminal devices in which the “pillar” shape defines both the “read” and the “write” current paths. Independent optimisation of the reading and writing parameters is therefore difficult, while the large writing current density injected through the tunnel barrier causes its accelerated ageing, particularly for fast switching. Consequently, the integration of MRAM into semiconductor technology poses significant difficulties.Recent demonstrations of magnetization switching induced by in-plane current injection in heavy metal (HM)/ferromagnet (FM) heterostructures have drawn increasing attention to spin-torques based on orbital-to-spin momentum transfer induced by Spin Hall and interfacial effects (SOTs). Unlike STT-MRAM, the in-plane current injection geometry of SOT-MRAM allows for a three-terminal device which decouples the “read” and “write” mechanisms, allowing the independent tuning of reading and writing parameters. However, an essential first step in order to control and optimise the SOTs for any kind of application, is to better understand their origin. The origin of the SOTs remains one of the most important unanswered questions to date. While some experimental studies suggest a SHE (Spin Hall Effect)-only model for the SOTs, others point towards a combined contribution of the bulk (SHE) and interface (Rashba Effect and Interfacial SHE). At the same time, many studies start with a SHE only hypothesis and do not consider interfacial effects. Furthermore, there are not so many systematic studies on the effects of interfaces. This thesis tries to fill in this gap, by providing a systematic study on the effects of interfaces on the SOTs, in Pt-based NM/FM/HM multilayers with in-plane magnetic anisotropy. For this purpose, this thesis explores three different, but related avenues. First, we changed the interface/bulk effect ratio by modifying the Pt thickness and following the evolution of the SOTs. Second, we explored different HM/FM/NM combinations, in order to study different interfaces. And third, we changed the properties of the interfaces by changing the crystallographic structure of the interface and by oxidation. The measurement technique and associated data analysis method, as well as the theoretical considerations needed for the interpretation of the results are also detailed in this manuscript
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Wahl, Claire. "Décohérence et intéractions dans les dispositifs d' optique quantique électronique." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4033.
Full textAbstract:
On considère un analogue électronique de l'interféromètre de Hong-Ou-Mandel (HOM), dans lequel deux électrons uniques propagent selon des états de bords chiraux opposés et rentrent en collision au niveau d'un point contact quantique. En étudiant le bruit de courant, on montre qu'en raison des interactions entre les canaux co-propageant, le degré d'indistinctibilité entre deux paquets d'ondes électroniques est dramatiquement réduit, ce qui résulte en un contraste réduit pour le signal HOM. Ce phénomène de décohérence dépend fortement de la résolution en énergie des paquets. Étant donné que les interactions provoquent la fractionalisation de la charge, on montre que le mode de charge et le mode neutre interfèrent l'un avec l'autre, ce qui crée des creux ou des pics satellites dans le bruit de courant. Nos calculs expliquent de récents résultats expérimentaux qui révèlent un signal électronique HOM avec un contraste réduitWe consider an electronic analog of the Hong-Ou-Mandel (HOM) interferometer, where two single electrons travel along opposite chiral edge states and collide at a Quantum Point Contact. Studying the current noise, we show that because of interactions between co-propagating edge states, the degree of indistinguishability between the two electron wavepackets is dramatically reduced, leading to reduced contrast for the HOM signal. This decoherence phenomenon strongly depends on the energy resolution of the packets. Insofar as interactions cause charge fractionalization, we show that charge and neutral modes interfere with each other, leading to satellite dips or peaks in the current noise. Our calculations explain recent experimental results where an electronic HOM signal with reduced contrast was observed
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GOERBIG, Mark Oliver. "Etude theorique des phases de densite inhomogene dans les systemes a effet Hall quantique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007072.
Full textAbstract:
L'objet de cette these est l'etude des differentes phases solides electroniques et liquides quantiques, que l'on trouve dans des systemes electroniques bi-dimensionnels exposes a un champ magnetique perpendiculaire. La formation de ces phases est due aà la repulsion coulombienne entre les electrons restreints a un niveau de Landau partiellement rempli. Les calculs d'energie de cette these permettent de comprendre des etudes experimentales recentes, qui ont mis en evidence un comportement non monotone de la resistance transverse (de Hall). Cet effet est du a des transitions multiples de premier ordre entre les phases en competition. La deduction d'un modele de fermions composites en interaction - les quasi-particules responsables de l'effet Hall quantique fractionnaire - permet de plus l'etude de nouvelles phases qui paraissent a fort champ magnetique. En particulier, un effet Hall quantique fractionnaire a des valeurs inhabituelles du champ a ete identifie comme la manifestation d'une deuxieme generation de fermions composites.
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Goerbig, Mark Oliver. "Etude théorique des phases de densité inhomogène dans les systèmes à effet Hall quantique." Paris 11, 2004. http://www.theses.fr/2004PA112109.
Full textAbstract:
L'objet de cette thèse est l'étude des différentes phases solides électroniques et liquides quantiques, que l'on trouve dans des systèmes électroniques bi-dimensionnels exposés à un champ magnétique perpendiculaire. La formation de ces phases est due à la répulsion coulombienne entre les électrons restreints à un niveau de Landau partiellement rempli. Les calculs d'énergie de cette thèse permettent de comprendre des études expérimentales récentes, qui ont mis en évidence un comportement non monotone de la résistance transverse (de Hall). Cet effet est dû à des transitions multiples de premier ordre entre les phases en compétition. La déduction d'un modèle de fermions composites en interaction - les quasi-particules responsables de l'effet Hall quantique fractionnaire - permet de plus l'étude de nouvelles phases qui paraissent à fort champ magnétique. En particulier, un effet Hall quantique fractionnaire a des valeurs inhabituelles du champ a été identifié comme a manifestation d'une deuxième génération de fermions compositesThe issue of this thesis is the study of the different electron-solid and quantum-liquid phases, which are found in two-dimensional electron systems under a perpendicular magnetic field. The formation of these phases is due to the strong Coulomb repulsion between the electrons of a partially filled Landau level. The energy calculations of the thesis allow one to understand recent experimental investigations, which have revealed a non-monotonic behaviour of the transverse (Hall) resistance. This effect is due to multiple first-order transitions between the competing phases. The derivation of a model of interacting composite fermions - the quasiparticles responsible for the fractional quantum Hall effect - furthermore allows for the study of new phases, which occur at high magnetic fields. Most saliently, a recently observed fractional quantum Hall effect at unusual values of the field has been identified as the manifestation of a second generation of composite fermions
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Albarède, Luc. "Etudes expérimentales d'un propulseur à effet Hall : comportement stationnaire et dynamique du flux d'électrons." Orléans, 2004. http://www.theses.fr/2004ORLE2070.
Full textAbstract:
Les propulseurs à effet Hall sont actuellement considérés comme les plus performants pour le maintien en orbite des satellites géostationnaires et commencent à être utilisés pour la propulsion principale des sondes interplanétaires. L'étude présentée porte sur le plasma allant de la cathode creuse, source d'électrons, au canal de décharge. La cathode a d'abord été étudiée seule sans propulseur pour analyser ses propriétés en montage diode. Son influence sur le comportement d'un propulseur à effet Hall de type SPT-100 a été étudiée avec le moyen d'essais PIVOINE. Les performances globales ainsi que les fluctuations basses fréquences de la décharge ont été analysées au moyen de sondes, d'antennes et par spectroscopie d'émission. Le transport électronique et les fluctuations hautes fréquences du plasma ont été étudiés expérimentalement et analysés par un traitement de signal non linéaire et non stationnaire (Empirical Mode Decomposition).
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Cavalier, Jordan. "Modèles cinétiques et caractérisation expérimentale des fluctuations électrostatiques dans un propulseur à effet Hall." Thesis, Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0130/document.
Full textAbstract:
L'étude des phénomènes turbulents se développant en sortie du propulseur de Hall est nécessaire pour pouvoir modéliser le transport anormal (par opposition au transport diffusif) des électrons à travers les lignes de champ magnétique. Les relations de dispersion de deux instabilités pouvant être responsables de ce transport ont été mesurées à des échelles millimétriques à l'aide du diagnostic de diffusion collective de la lumière. Ce travail de thèse s'attache à en donner une description aussi bien théorique qu'expérimentale, pierre à l'édifice de la compréhension du transport dans le propulseur. Une instabilité se propageant majoritairement dans la direction azimutale du propulseur y est caractérisée comme étant l'instabilité de dérive électronique ExB et un modèle analytique décrivant la fréquence expérimentale y est dérivé et validé. De plus, le manuscrit présente une méthode de déconvolution du signal de la diffusion collective de la fonction d'appareil pour ce mode. Une fois déconvoluées, les relations de dispersion expérimentales peuvent être ajustées par la fréquence du modèle analytique, ce qui permet de mesurer expérimentalement et de manière originale la température et la densité électronique dans le jet d'ions énergétiques du plasma du propulseur. Enfin, la seconde instabilité, se développant autour de la direction axiale du propulseur, est caractérisée comme l'instabilité double faisceau entre les ions simplement et doublement chargés du plasmaThe study of turbulent phenomena that grow at the exit plane of the Hall thruster is required to modelize the anomalous transport (in contrast to the diffusion transport) of electrons across the magnetic field lines. The dispersion relations of two instabilities that can be responsible for this transport have been mesured at millimetric scales by mean of the collective light scattering diagnostic. The aim of the thesis is to describe them theoretically as well as experimentally, improving the understanding of the Hall thruster transport. In the thesis, an instability that propagates principally azimuthally is caracterized as the ExB electron drift instability and an analytical model that describes the experimental frequency is derived and validated. In addition, the manuscript presents an original method to unfold the signal of the collective scattering diagnostic from the instrumental function of this mode. Once corrected, the experimental dispersion relations can be adjusted by the frequency given by the analytical model, allowing to measure experimentally and in an original way the electron temperature and density in the energetic ion jet of the Hall thruster plasma. The second instability that is mainly propagating in the axial direction is caracterized as the two-stream instability between the simply and doubly charged ions of the plasma
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Oudini, Noureddine. "Modélisation d'une source d'ions à effet Hall pour des applications de traitement de surface." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00641383.
Full textAbstract:
Dans les sources d'ions de type EHIS " End-Hall Ion Source " un faisceau ionique est extrait d'un plasma magnétisé sans l'utilisation d'un système de grilles d'extraction. Les sources EHIS sont essentiellement utilisées dans des procédés de traitement de surface. Dans ce type de sources, le plasma est généré par l'application d'une tension entre les électrodes afin de créer une décharge DC. La présence, dans le plasma, d'un champ magnétique parallèle à une anode conique réduit la mobilité électronique dans la direction perpendiculaire aux lignes de champ magnétique. La chute de conductivité électronique dû au champ magnétique près de l'anode entraîne l'établissement d'un champ électrique dans cette région pour assurer le transport du courant électronique vers l'anode. Les ions créés par impact électron-atome sont expulsés de la source par le champ électrique proche de l'anode et forment un faisceau ionique. Ces sources ont été optimisées de façon très empirique et leur fonctionnement est loin d'être totalement compris. Dans le but de mieux comprendre le mécanisme de fonctionnement des sources EHIS, nous avons développé un modèle auto-cohérent axisymétrique. Dans ce modèle les espèces lourdes (Ar et Ar+) sont décrites de façon particulaire. Le transport électronique est traité de façon fluide par résolution des trois premiers moments de l'équation de Boltzmann en supposant l'équilibre de Boltzmann le long des lignes de champ magnétique et la quasi-neutralité du plasma. Le champ électrique est déduit d'une équation de conservation du courant. Ce model a permis de clarifier plusieurs aspects du fonctionnement des " End-Hall Ion Sources ".
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Oudini, Noureddine. "Modélisation d'une source d'ions à effet Hall pour des applications de traitement de surface." Phd thesis, Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1368/.
Full textAbstract:
Dans les sources d'ions de type EHIS " End-Hall Ion Source " un faisceau ionique est extrait d'un plasma magnétisé sans l'utilisation d'un système de grilles d'extraction. Les sources EHIS sont essentiellement utilisées dans des procédés de traitement de surface. Dans ce type de sources, le plasma est généré par l'application d'une tension entre les électrodes afin de créer une décharge DC. La présence, dans le plasma, d'un champ magnétique parallèle à une anode conique réduit la mobilité électronique dans la direction perpendiculaire aux lignes de champ magnétique. La chute de conductivité électronique dû au champ magnétique près de l'anode entraîne l'établissement d'un champ électrique dans cette région pour assurer le transport du courant électronique vers l'anode. Les ions créés par impact électron-atome sont expulsés de la source par le champ électrique proche de l'anode et forment un faisceau ionique. Ces sources ont été optimisées de façon très empirique et leur fonctionnement est loin d'être totalement compris. Dans le but de mieux comprendre le mécanisme de fonctionnement des sources EHIS, nous avons développé un modèle auto-cohérent axisymétrique. Dans ce modèle les espèces lourdes (Ar et Ar+) sont décrites de façon particulaire. Le transport électronique est traité de façon fluide par résolution des trois premiers moments de l'équation de Boltzmann en supposant l'équilibre de Boltzmann le long des lignes de champ magnétique et la quasi-neutralité du plasma. Le champ électrique est déduit d'une équation de conservation du courant. Ce model a permis de clarifier plusieurs aspects du fonctionnement des " End-Hall Ion Sources "In End-Hall Ion Source (EHIS) an ion beam is extracted from a magnetized plasma without extracting grids. The EHIS sources are mainly used in surface processing technology. In these sources, the plasma is generated by applying an external voltage between the electrodes in order to create a DC discharge. The presence of a magnetic field parallel to a conical anode reduces the electron mobility across the magnetic field lines. As a consequence, an electric field forms in the anode region of the plasma in order to insure electron transport towards the anode. Ions are generated inside the EHIS by electron impact ionization of the injected argon atoms, are extracted from the source by the electric field formed along the anode, and form an ion beam which is used in different surface processing applications. The End-Hall Ion Sources have been optimized empirically and the physics of these sources is far from being clearly understood. In order to improve our understanding of the EHIS operation, we have developed an axisymmetric self-consistent model based on a particle description of argon atoms and ions, and on a fluid model of electron transport. Electrons are supposed to be in Boltzmann equilibrium along the magnetic field lines and plasma quasi-neutrality is assumed. The electric field is therefore obtained from a current continuity equation and not from Poisson equation. The model has been able reproduce most of the features of the source and has helped clarifying a number of questions related to the physics of EHIS
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Fuchey, Eric. "Electroproduction de pions neutres dans le Hall A au Jefferson Laboratory." Clermont-Ferrand 2, 2010. http://www.theses.fr/2010CLF22037.
Full textAbstract:
La décennie passée a vu une forte évolution de l'étude de la structure des hadrons par les processus exclusifs, permettant d'accéder à une description plus complète de cette structure. Les processus exclusifs incluent la diffusion Compton profondément virtuelle, ainsi que la production exclusive de mesons à haute énergie. Ce document s'attache particulièrement à ce dernier, et plus particulièrement à la production exclusive de pions neutres. Cette thèse décrit l'analyse des événements en triple H(e,égammagamma)X, qui fut un sous produit abondant de l'expérience DVCS qui a eu lieu durant l'automne 2004 dans le Hall A au Jefferson Laboratory, afin d'extraire la section efficace de ép ->eppi°. Cette section efficace a été mesurée à deux valeurs de quadrimoment de transfert Q2=1. 9GeV2 et Q2=2. 3GeV2. La précision statistique accomplie pour ces mesures est meilleur que 5%. Le domaine cinématique permet d'étudier l'évolution en Q2 et en W de la section. Ces résultats ont été comparés avec des calculs inspirés de la phénoménologie de Regge, ainsi qu'avec les prédictions du formalisme des distributions de partons généralisées. Une interprétation dans le cadre de la diffusion profondément inélastique semi-inclusive est également discutée
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Desrat, Wilfried. "Résonance magnétique nucléaire détectée résistivement sur des hétérostructutres GaAs/GaAlAs en régime Hall quantique." Toulouse, INSA, 2002. http://www.theses.fr/2002ISAT0006.
Full textAbstract:
Nous avons étudié la résonance magnétique nucléaire détectée résistivement sur des hétérostructures GaAs/GaAlAs en régimes Hall quantiques entier et fractionnaire. Malgré le très faible gap Zeeman nucléaire, nous avons détecté les résonances des isotopes de gallium et d'arsenic, à très basse température (T=50 mK) sans aucune polarisation dynamique nucléaire préalable. Le couplage à la résistance longitudinale a lieu via l'interaction hyperfine qui modifie l'énergie Zeeman électronique. La dépendance en champ magnétique du temps de relaxation des spins nucléaires semble gouvernée par la loi de Korringa. Ceci suggère que cette relaxation est contrôlée essentiellement par le mécanisme de retournement simultané d'un spin électronique et d'un spin nucléaire en sens opposé. Près de nu=1, l'augmentation du taux de relaxation des spins nucléaires est en accord avec la prédiction que les spins nucléaires se couplent aux excitations de basse énergie du cristal de Skyrme.
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Chepelianskii, Alexei. "Non equilibrium transport and chirality in mesoscopic physics." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112324.
Full textAbstract:
Pendant ma thèse je me suis intéressé aux signatures de la chiralité dans les systèmes mésoscopiques. Cela m'a conduit à étudier les propriétés de symétrie en champ magnétique du transport non linéaire. J'ai montré que même dans des dispositifs électroniques à deux contacts les propriétés de symétrie sont très riches avec la possibilité d'observer des coefficients transport nonlineaire antisymétrique en champ magnétique. Néanmoins ces propriétés de symétrie ne sont pas déterminées par la chiralité seule. Pour cette raison j'ai proposé d'utiliser le photo-magnétisme comme une sonde sensible à la chiralité, j'ai donc conçu une expérience pour détecter dans des billards mésoscopiques à l'aide de magnétomètres à effet Hall. Cette expérience a mis en évidence des effets dynamiques subtils dans les sondes de Hall balistiques sous irradiation et ont inspiré une recherche théorique et expérimentale sur les états de résistance nulle dans ces systèmes. J'ai aussi cherché des signatures de la chiralité dans le transport à travers des molécules uniques chirales. Ceci m'a conduit à mettre au point des expériences difficiles pour sonder le transport dans des molécules d'ADN qui ont permis de montrer que les proprietés de transport électrique à travers ces molécules peuvent être grandement améliorées lorsqu'elles sont en contact avec un réseau de nanoparticules déconnectées électriquement. Enfin j'ai développé une technique de mesure de photo-transport sans contact adaptée pour sonder un faible nombre de molécules. Cette expérience peut être sensible à la chiralité si une lumière polarisée circulairement est utilisée comme excitationDuring my thesis I investigated the signatures of chiraIity in the electrical transport of mesoscopic systems. This led me to study the magnetic field symmetry of nonlinear transport. I showed that even for two terminal devices, nonlinear transport has rich magnetic field symmetry properties, with possible completely antisymmetric behavior. However the symmetry properties are not determined by chirality alone. For this reason I proposed photo-magnetism as a more selective probe for chirality and started a new experiment to detect this effect in quantum dots using a Hall magnetometer. This research exhibited subtle dynamical effects of transport in ballistic Hall bars under irradiation and inspired later research on zero resistance states. I also looked for signatures of chirality in the transport properties of single chiral molecules. This led me to realize technically challenging experiments on transport through DNA, showing that conduction in DNA could be enhanced by connecting the molecules to a disconnected array of nanoparticles. Finally I developed a contact-Iess experiment to probe photo-transport in nanowires under visible illumination. This experiment can also probe chirality by detecting photo-transport under circularly-polarized Iight
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Ouffoue, Cyrius. "Système intégré dédié à des applications de mesure de courant sans contact à gamme dynamique variable en milieu industriel." Strasbourg, 2010. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2010/OUFFOUE_Cyrius_2010_ED269.pdf.
Full textAbstract:
Le travail de cette thèse s’inscrit dans un projet de collaboration entre la société SOCOMEC et le laboratoire InESS (Institut de l’électronique du solide et des systèmes). Il s’agit de développer un système électronique intégré en technologie CMOS en vue de la réalisation d’un capteur capable de mesurer des courants électriques en milieu industriel. Ce système est conçu pour des mesures de courant à large gamme dynamique. Les intensités de courant à mesurer vont de quelques dizaines d’ampères à des dizaines de milliers d’ampères. L’objectif majeur d’un tel système de mesure est de remplacer les transformateurs d’intensité dont les volumes sont relativement encombrants. En l’intégrant dans la technologie CMOS, on s’offre la possibilité de l’équiper de nombreuses fonctionnalités (amplification, réglage de gain, conversion analogique numérique…) apportant une grande valeur ajoutée. Une solution de capteur de courant basée sur un réseau de capteur à effet Hall, émulant un tore de Rogowski, a été réalisée durant ces travaux de thèse. Cette solution a été testée et validéeThis thesis work has been carried out during a collaborative project between SOCOMEC and InESS laboratory. The goal was to develop a CMOS integrated system for huge dynamic range current measurement. The current dynamic range goes from a few tens of amps to tens of thousands amps. The main objective of such a system is to replace the bulky current sensor like current transformers and Rogowski torus in many industrial applications. By integrating this current measurement system in CMOS technology, we can add many features like amplification, gain control and analog to digital converters. In this work, we proposed a new current sensor based on a Hall effects sensors network. This current sensor has been tested and validated
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Kammerer, Jean-Baptiste. "Capteurs intégrés pour la mesure à haute résolution de champs magnétiques." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2004. http://www.theses.fr/2004STR13064.
Full textAbstract:
Les technologies intégrées permettent de réaliser de véritables systèmes de mesure magnétique sur puce. Directement intégrables à l'aide de n'importe quel procédé de fabrication standard, les capteurs à effet Hall sont particulièrement attrayants pour la conception de magnétomètres performants à coût réduit. La première partie de cette thèse porte donc sur l'amélioration des performances de ce type de capteurs à l'aide de circuits électroniques. Nous démontrons qu'à l'aide d'un circuit spécifique associé à un capteur à effet Hall de géométrie particulière, il est possible d'atteindre n'importe quelle sensibilité absolue. Nous proposons également une nouvelle méthode pour s'affranchir totalement de l'effet de piezo-résistance à l'origine d'une sensibilité parasite. Les capteurs à effet Hall proposés sont particulièrement adaptés aux technologies basse tension ainsi qu'aux systèmes de mesure soumis à des vibrations. Grâce au développement des nanotechnologies, les composants à base de matériaux ferromagnétiques en couches minces et plus particulièrement les jonctions magnétiques à effet tunnel devraient bientôt faire partie des composants standards de l'industrie microélectronique. Nous avons donc étudié les potentialités de ce nouveau composant et, dans la deuxième partie de cette thèse, nous proposons une nouvelle technique de mesure basée sur la technique du fluxgate étendue à deux dimensions et appliquée à la jonction magnétique à effet tunnel. Le magnétomètre développé permet de mesurer simultanément et de façon très localisée deux composantes d'un champ magnétique avec une très grande sensibilité. Tous les systèmes réalisés tendent à tirer le meilleur parti d'un élément sensible à l'aide de circuits électroniques spécifiquesIntegrated technologies allow to develop magnetic measurement systems on chip. Since they can be integrated using any standard manufacturing process, Hall effect sensors are particularly attractive for low cost magnetometers design. Thus, the first part of this thesis is focused on the improvement of this type of sensors using electronic circuits. We demonstrate that the association of a specific circuit and a Hall effect sensor of a particular shape allows to reach any absolute sensitivity. We also propose a new method for canceling the piezo-resistance effect which is responsible for a parasitic cross-sensitivity. The developed Hall effect sensors are particularly useful for low voltage technologies and for measurement systems subjected to vibrations. Thanks to the rise of nanotechnologies, thin film ferromagnetic based devices and more particularly magnetic tunnel junctions should be part of the standard components of microelectronics industry very soon. Thus, in the second part of this thesis, we studied the potentialities of this new device and we propose a new measurement technique based on the fluxgate principle generalized to two dimensions and applied to the magnetic tunnel junction. The realized magnetometer allows to measure simultaneously and in a very localized way, two components of a magnetic field with a very high sensitivity. All the realized systems tends to benefit from a sensitive element using specific electronic circuits