Дисертації з теми "Effets topologiques"
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Mallet, François. "Cohérence quantique, diffusion magnétique et effets topologiques." Grenoble 1, 2006. https://theses.hal.science/tel-00546850.
Анотація:
Dans mon mémoire de Thèse sont regroupés des résultats expérimentaux, centrés autour de la thématique de la cohérence quantique des électrons à très basse température, obtenus à partir de mesures très précises des corrections quantiques au transport classique dans les nanostructures métalliques. Nous avons tout d'abord étudié les effets de cohérence dans des réseaux de fils métalliques. Nous avons montré l'influence de la dimension du régime de diffusion sur la cohérence. En passant d'un conducteur macroscopique à un conducteur mésoscopique, on a observé un “crossover” dimensionnel pour l'amplitude des diverses corrections quantiques quand la longueur de cohérence de phase excède la taille typique du système, ce qui nous a permis de préciser exactement ce qu'est la moyenne d'ensemble en Physique Mésoscopique. Dans la deuxième partie de ce manuscrit, nous avons présenté des mesures du temps de cohérence de phase dans des fils métalliques contenant des impuretés magnétiques. Ces échantillons ont été fabriqués d'une fa¸con originale et contrôlée en utilisant une technologie nouvelle grâce à l'utilisation d'un faisceau d'ions focalisé. Nous avons mesuré un comportement universel sur 2 decades en temperature du déphasage par impuretés implantées, ceci étant la preuve que cette décohérence supplémentaire s'inscrit dans la Physique de l'effet Kondo. Nous avons montré que le taux de déphasage mesuré est en très bon accord avec de récents calculs du Groupe de Renormalisation Numérique. Plus particulièrement, nous avons montré de façon non équivoque que l'écrantage en dessous de TK induit une désaturation du temps de cohérence de phase linéaire en température jusqu'à 0, 1 TKIn this thesis are reported experimental results centered on the thematic of the electronic quantum coherence at very low temperatures, obtained by very precise measurements of the quantum correction to the classical electronic transport in metallic nanostructures. We have first studied the coherence effects in network of metallic one-dimensional wires. We have shown the influence on the coherence itself of the diffusion dimensionality. By going from a macroscopic conductor to a purely mesoscopic one, we measured a crossover in the scaling of the quantum corrections amplitudes when the phase coherence length exceed the typical size of the system. This has allowed us to really precise what the ensemble averaging is in Mesoscopic Physics. In the second part of this work, we have shown the temperature dependence of the phase coherence length in metallic wire with magnetic impurities. These samples were fabricated in a very new and controlled way, by using a new technics with a focus ion beam. We have measured a universal behavior over 2 decades in temperature for the dephasing due to one magnetic impurity. This was the direct prove that this added decoherence belongs to the physics of the generic many body problem named « Kondo Physics ». We have finally shown that the measured dephasing rate was in excellent agreement with recent theoretical calculations based one the numerical renormalization group technics. More precisely we have shown that the magnetic impurities screening induces a linear desaturation of the phase coherence time above 0,1 TK
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Bauchy, Mathieu, and Matthieu Micoulaut. "Contraintes topologiques et rigidité dans les verres." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00805762.
Анотація:
La théorie de la rigidité permet de prédire l'évolution en fonction de la composition de nombreuses propriétés des verres, en réduisant la structure moléculaire de ces derniers à de simples treillis mécaniques pouvant être flexibles, isostatiques ou rigides sur-contraints. Originellement développée pour les chalcogénures à température nulle et pression ambiante, cette théorie a été peu à peu étendue. Dans cette thèse, nous nous proposons d'établir une méthode générale d'analyse des contraintes topologiques par Dynamique Moléculaire, dans le but de pouvoir étudier la rigidité de systèmes plus complexes ou soumis à de nouvelles conditions thermodynamiques. Nous montrons ainsi que notre algorithme permet d'étudier aussi bien la rigidité des chalcogénures que des verres d'oxyde tout en off rant une image intuitive de la nature des contraintes à l'échelle atomique. Nous montrons également qu'il est possible de suivre le comportement de ces dernières en fonction de la composition, de la température et de la pression. Cette méthode permet de suivre en fonction de la composition les transitions de rigidité au sein des systèmes ainsi que de mettre en évidence l'existence de phases intermédiaires. Nous rapportons également l'existence d'une phase intermédiaire induite par la pression et montrons que cette dernière présente les mêmes signatures dynamiques et structurales que la phase intermédiaire traditionnelle en composition. En fin, nous mettons en évidence le caractère fortement hétérogène des contraintes topologiques au sein du réseau vitreux.
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Shevtsov, Oleksii. "Contribution à la théorie du transport quantique : isolants topologiques à base de graphène et phénomènes à fréquence finie." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00770160.
Анотація:
Les évolutions rapides du marché des composants électroniques font apparaître de nombreux challenges pour la conception et la fabrication de ces derniers. Lorsque ces éléments deviennent plus petits, leur comportement se complexifie à mesure que de nouveaux phénomènes, liés aux effets d'interférence, entrent en jeu. Comprendre ces derniers nécessite le développement d'outils théoriques avancés. Dans ce contexte cette thèse est consacrée au transport électronique quantique dans des systèmes multi-terminaux. Dans la première partie on développe un formalisme général, utilisant les fonctions de Green de Keldysh, pour le transport électronique quantique dans des systèmes multi-terminaux en présence de perturbations oscillantes. Nous sommes capable d'exprimer toute obervable AC en termes de fonctions de Green à l'équilibre et des self-énergies des contacts. Ceci fait de notre formalisme un outil pratique pour toute une variété de perturbations à fréquence finie. Dans la seconde partie on présente l'idée d'induction d'un fort couplage spin-orbite dans le graphène en déposant à sa surface un certain type d'atomes lourds. Le graphène devient alors un isolant topologique. Nous avons ensuite étudié l'évolution de la phase topologique avec un champ magnétique externe. Une transition entre la phase de Hall quantique et la phase de Hall quantique de spin a été identifiée dans le même système en variant seulement la position du niveau de Fermi. Nous avons montré qu'une hétérojonction entre ces deux phases donnait lieu à un nouveau type d'état chiral à l'interface.
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Harman-Clarke, Adam. "Contraintes Topologiques et Ordre dans les Systèmes Modèle pour le Magnétisme Frustré." Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2011. http://www.theses.fr/2011ENSL0659.
Анотація:
Dans cette thèse, l’étude de plusieurs modèles de systèmes magnétiques frustrés a été couverte. Leur racine commune est le modèle de la glace de spin, qui se transforme en modèle de la glace sur réseau kagome (kagome ice) et réseau en damier (square ice) à deux dimensions, et la chaîne d’Ising à une dimension. Ces modèles ont été particulièrement étudiés dans le contexte de transitions de phases avec un ordre magnétique induit par les contraintes du système : en effet, selon la perturbation envisagée, les contraintes topologiques sous-jacentes peuvent provoquer une transition de Kasteleyn dans le kagome ice, ou une transition de type vitreuse dans la square ice, due à l’émergence d’un ordre ferromagnétique dans une chaîne d’Ising induit seulement par des effets de taille fini. Dans tous les cas, une étude détaillée par simulations numériques de type Monte Carlo ont été comparées à des résultats théoriques pour déterminer les propriétés de ces transitions. Les contraintes topologiques du kagome ice ont requis le développement d’un algorithme de vers permettant aux simulations de ne pas quitter l’ensemble des états fondamentaux. Une revue poussée de la thermodynamique et de la réponse de la diffraction de neutrons sur kagome ice sous un champ magnétique planaire arbitraire, nous ont amené à une compréhension plus profonde de la transition de Kasteleyn, et à un modèle numérique capable de prédire les figures de diffraction de neutrons de matériau de kagome ice dans n’importe quelles conditions expérimentales. Sous certaines conditions, ce modèle a révélé des propriétés thermodynamiques quantifiées et devrait fournir un terreau fertile pour de futurs travaux sur les conséquences des contraintes et transitions de phases topologiques. Une étude combinée du square ice et de la chaîne d’Ising a mise en lumière l’apparition d’un ordre sur réseau potentiellement découplé de l’ordre ferromagnétique sous-jacent, et particulièrement pertinent pour les réseaux magnétiques artificiels obtenus par lithographieIn this thesis a series of model frustrated magnets have been investigated. Their common parent is the spin ice model, which is transformed into the kagome ice and square ice models in two-dimensions, and an Ising spin chain model in one-dimension. These models have been examined with particular interest in the spin ordering transitions induced by constraints on the system: a topological constraint leads, under appropriate conditions, to the Kasteleyn transition in kagome ice and a lattice freezing transition is observed in square ice which is due to a ferromagnetic ordering transition in an Ising chain induced solely by finite size effects. In all cases detailed Monte Carlo computational simulations have been carried out and compared with theoretical expressions to determine the characteristics of these transitions. In order to correctly simulate the kagome ice model a loop update algorithm has been developed which is compatible with the topological constraints in the system and permits the simulation to remain strictly on the groundstate manifold within the appropriate topological sector of the phase space. A thorough survey of the thermodynamic and neutron scattering response of the kagome ice model influenced by an arbitrary in-plane field has led to a deeper understanding of the Kasteleyn transition, and a computational model that can predict neutron scattering patterns for kagome ice materials under any experimental conditions. This model has also been shown to exhibit quantised thermodynamic properties under appropriate conditions and should provide a fertile testing ground for future work on the consequences of topological constraints and topological phase transitions. A combined investigation into the square ice and Ising chain models has revealed ordering behaviour within the lattice that may be decoupled from underlying ferro- magnetic ordering and is particularly relevant to magnetic nanoarrays
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Badiane, Mouhamadou Driss. "Propriétés hors équilibre des jonctions Josephson multi-terminales et topologiques." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENY057.
Анотація:
Ce manuscrit de thèse aborde les propriétés de transport hors-équilibre des systèmes mésoscopiques supra-conducteurs. Cette étude se décline en deux volets : i) la signature des fermions de Majorana dans les jonctionsJosephson topologiques, et ii) les corrélations du courant dans les jonctions Josephson tri-terminales.Les fermions de Majorana apparaissent aux bords d’un supraconducteur topologique. Lorsque deux supra-conducteurs topologiques sont reliés pour former une jonction Josephson, les états de Majorana d’énergie nullede part et d’autre de jonction forment un état lié d’Andreev. Puisque cet état porteur du supercourant est4π-périodique vis-à-vis de la différence de phase supraconductrice, il a été spéculé un effet Josephson fraction-naire en présence d’une tension de polarisation. On montre qu’une vitesse de phase finie induit un couplagedynamique entre l’état lié et le continuum des états au dessus de l’amplitude du gap supraconducteur. Ce cou-plage intrinsèque constitue un mécanisme inévitable qui altère l’effet Josephson fractionnaire. On discute, enfonction des paramètres du circuit, les signatures expérimentales pertinentes de l’effet Josephson fractionnaire :l’effet pair-impair dans les marches de Shapiro et l’émergence d’un pic à la fréquence fractionnaire dans la den-sité spectrale du bruit en courant. D’autres manifestations de ces états d’énergie nulle dans la caractéristiquecourant-tension, sous l’amplitude du paramètre d’ordre supraconducteur, sont également exposés.Dans un second temps sont abordées les fluctuations du courant dissipatif dans les jonctions Josephsontri-terminales. On montre que, les corrélations croisées du courant peuvent être positives et amplifiées dans unrégime cohérent. Ces résultats ouvrent la possibilité à des études plus élaborées sur l’enchevêtrement quantiquedans ces systèmesThis PhD thesis manuscript deals with the non equilibrium transport properties of superconducting meso-scopic systems. This study declines in two shutters : i) signatures of Majorana fermions in topological Josephsonjunctions and ii) current-current correlations in three-terminal Josephson junctions.Majorana fermions appears at the boundaries of topological superconductors. When two topological su-perconductors are connected to form a Josephson junction, the zero-energy Majorana bound states localizedon either side of the junction form an Andreev bound state. As this current carrying state is 4π-periodic inthe superconducting phase difference, it was speculated that, at finite dc bias voltage, the junction exhibits afractional Josephson effect. We show that any finite phase velocity induces a dynamic coupling between thebound state and the continuum of states above the superconducting gap amplitude. This intrinsic couplingprovides an unavoidable mechanism that alters the fractional Josephson effect. We discuss, in terms of thecircuit parameters, signatures of the fractional Josephson effect that could be relevant for current experimen-tal investigations : the even-odd effect in Shapiro steps and the emergence of a peak at fractional Josephsonfrequency in the current noise spectrum. Furthermore, other manifestations of the Majorana bound states onthe subgap current-voltage characteristic are discussed.In a second step, we discuss the dissipative current fluctuations in three terminal Josephson junctions. Weshow that, current-current cross correlations can be positive and amplified in a coherent regime. This findingopens the possibility for further investigations on quantum entanglement in those systems
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Repellin, Cécile. "Numerical study of fractional topological insulators." Thesis, Paris, Ecole normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSU0028/document.
Анотація:
Les isolants topologiques sont des isolants qui ne peuvent être différenciés des isolants atomiques que par une grandeur physique non locale appelée invariant topologique. L'effet Hall quantique et son équivalent sans champ magnétique l'isolant de Chern sont des exemples d'isolants topologiques. En présence d'interactions fortes, des excitations exotiques appelées anyons peuvent apparaître dans les isolants topologiques. L'effet Hall quantique fractionnaire (EHQF) est la seule réalisation expérimentale connue de ces phases. Dans ce manuscrit, nous étudions numériquement les conditions d'émergence de différents isolants topologiques fractionnaires. Nous nous concentrons d'abord sur l'étude de l'EHQF sur le tore. Nous introduisons une méthode de construction projective des états EHQF les plus exotiques complémentaire par rapport aux méthodes existantes. Nous étudions les excitations de basse énergie sur le tore de deux états EHQF, les états de Laughlin et de Moore-Read. Nous proposons des fonctions d'onde pour les décrire, et vérifions leur validité numériquement. Grâce à cette description, nous caractérisons les excitations de basse énergie de l'état de Laughlin dans les isolants de Chern. Nous démontrons également la stabilité d'autres états de l'EHQF dans les isolants de Chern, tels que les états de fermions composites, Halperin et NASS. Nous explorons ensuite des phases fractionnaires sans équivallent dans la physique de l'EHQF, d'abord en choisissant un modèle dont l'invariant topologique a une valeur plus élevée, puis en imposant au système la conservation de la symétrie par renversement du temps, ce qui modifie la nature de l'invariant topologiqueTopological insulators are band insulators which are fundamentally different from atomic insulators. Only a non-local quantity called topological invariant can distinguish these two phases. The quantum Hall effect is the first example of a topological insulator, but the same phase can arise in the absence of a magnetic field, and is called a Chern insulator. In the presence of strong interactions, topological insulators may host exotic excitations called anyons. The fractional quantum Hall effect is the only experimentally realized example of such phase. In this manuscript, we study the conditions of emergence of different types of fractional topological insulators, using numerical simulations. We first look at the fractional quantum Hall effect on the torus. We introduce a new projective construction of exotic quantum Hall states that complements the existing construction. We study the low energy excitations on the torus of two of the most emblematic quantum Hall states, the Laughlin and Moore-Read states. We propose and validate model wave functions to describe them. We apply this knowledge to characterize the excitations of the Laughlin state in Chern insulators. We show the stability of other fractional quantum Hall states in Chern insulators, the composite fermion, Halperin and NASS states. We explore the physics of fractional phases with no equivalent in a quantum Hall system, using two different strategies: first by choosing a model with a higher value of the topological invariant, second by adding time-reversal symmetry, which changes the nature of the topological invariant
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Adroguer, Pierre. "Propriétés de transport électronique des isolants topologiques." Phd thesis, Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00832048.
Анотація:
Les travaux présentés dans cette thèse ont pour objectif d'apporter à la physique mésoscopique un éclairage concernant la compréhension des propriétés de transport électroniques d'une classe de matériaux récemment découverts : les isolants topologiques.La première partie de ce manuscrit est une introduction aux isolants topologiques, mettant en partie l'accent sur leurs spécificités par rapport aux isolants "triviaux" : des états de bords hélicaux (dans le cas de l'effet Hall quantique de spin en 2 dimensions) ou de surface relativistes (pour les isolants topologiques tridimensionnels) robustes vis-à-vis du désordre.La deuxième partie propose une sonde de l'hélicité des états de bords de l'effet Hall quantique de spin en étudiant les propriétés remarquables de l'injection de paires de Cooper dans cette phase topologique.La troisième partie étudie la diffusion des états de surface des isolants topologiques tridimensionnels dans le régime cohérent de phase. L'étude de la diffusion, de la correction quantique à la conductance (antilocalisation faible) et de l'amplitude des fluctuations universelles de conductance de fermions de Dirac sans masse est présentée. Cette étude est aussi menée dans la cas d'états de surface dont la surface de Fermi présente la déformation hexagonale observée expérimentalement.
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Thomas, Candice. "Strained HgTe/CdTe topological insulators, toward spintronic applications." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAY090/document.
Анотація:
Les isolants topologiques constituent une nouvelle classe de matériaux caractérisés par l'association d'un volume isolant et de surfaces conductrices. Avec des propriétés électroniques similaires au graphene, notamment un transport régit par des particules à énergie de dispersion linéaire couramment appelés fermions de Dirac ainsi qu'une protection topologique empêchant tout phénomène de rétrodiffusion, ces matériaux suscitent un intérêt grandissant dans la quête d'une électronique de faible consommation. En effet, la production de courants de spin non-dissipatifs et polarisés ainsi que la formation de courants de spin purs en l'absence de matériaux magnétiques constituent une partie des attentes de ces matériaux topologiques.L'objectif de cette thèse a été de démontrer expérimentalement le potentiel de l'isolant topologique HgTe pour des applications notamment dans le domaine de la l'électronique de spin ou spintronique.Pour ce faire, d'importants efforts ont été mis en œuvre pour améliorer le procédé de croissance par épitaxie par jets moléculaires.La composition chimique, la contrainte ainsi que la qualité des interfaces de la couche de HgTe ont été identifiées comme des axes majeurs de travail et d'optimisation afin d'obtenir une structure de bande inversée, l'ouverture d'un gap de volume, ainsi que pour protéger les propriétés électroniques des états de surface topologiques. Fort de ces caractéristiques, notre matériau possède à priori toutes les qualités nécessaires pour permettre de sonder les propriétés topologiques. Accéder à ces propriétés particulières est en particulier possible par des mesures d'effet Hall quantique sur des structures de type barres de Hall. La fabrication de ces dispositifs a néanmoins requis une attention particulière à cause de la forte volatilité du mercure et a nécessité le développement d'un procédé de nanofabrication à basses températures.Des mesures d'effet Hall quantique à très basses températures ont ensuite été réalisées dans un cryostat à dilution. Tout d'abord des couches épaisses de HgTe ont été mesurées et ont démontrées des mécanismes de transport très complexes mêlant les états de surface topologiques à d'autres contributions attribuées au volume et aux états de surface latéraux. La réduction de l'épaisseur des couches de HgTe a permis de limiter l'impact de ces contributions en les rendant négligeable pour les couches les plus fines. Dans ces conditions, ces structures ont affiché les propriétés attendues de l'effet Hall quantique avec notamment une annulation de la résistance. Avec ces propriétés, l'analyse en température de l'effet Hall quantique a permis de démontrer la nature des porteurs circulant sur les états de surface topologiques et de les identifier à des fermions de Dirac.Avec la mise en évidence de la nature topologique de notre système, l'étape suivante a été d'utiliser les propriétés topologiques et plus particulièrement le blocage entre le moment et le spin d'un électron pour tester le potentiel du système 3D HgTe/CdTe pour la spintronique. Premièrement, des mesures de pompage de spin ont été réalisées et ont mis en exergue la puissance de ces structures pour l'injection et la détection de spin. Deuxièmement, ces structures ont été implémentéessous la forme de jonction p-n dans l'idée de réaliser un premier dispositif de spintronique qui présente à ce jour des premiers signes de fonctionnementWith graphene-like transport properties governed by massless Dirac fermions and a topological protection preventing from backscattering phenomena, topological insulators, characterized by an insulating bulk and conducting surfaces, are of main interest to build low power consumption electronic building-blocks of primary importance for future electronics.Indeed, the absence of disorder, the generation of dissipation-less spin-polarized current or even the possibility to generate pure spin current without magnetic materials are some of the promises of these new materials.The objective of this PhD thesis has been to experimentally demonstrate the eligibility of HgTe three dimensional topological insulator system for applications and especially for spintronics.To do so, strong efforts have been dedicated to the improvement of the growth process by molecular beam epitaxy.Chemical composition, strain, defect density and sharpness of the HgTe interfaces have been identified as the major parameters of study and improvement to ensure HgTe inverted band structure, bulk gap opening and to emphasize the resulting topological surface state electronic properties. Verification of the topological nature of this system has then been performed using low temperature magneto-transport measurements of Hall bars designed with various HgTe thicknesses. It is worth noting that the high desorption rate of Hg has made the nanofabrication process more complex and required the development of a low temperature process adapted to this constraint. While the thicker samples have evidenced very complex transport signatures that need to be further investigated and understood, the thickness reduction has led to the suppression of any additional contributions, such as bulk or even side surfaces, and the demonstration of quantum Hall effect with vanishing resistance. Consequently, we have managed to demonstrate direct evidences of Dirac fermions by temperature dependent analysis of the quantum Hall effect. The next step has been to use the topological properties and especially the locking predicted between momentum and spin to test the HgTe potential for spintronics. Spin pumping experiments have demonstrated the power of these topological structures for spin injection and detection. Moreover, the implementation of HgTe into simple p-n junction has also been investigated to realize a first spin-based logic element
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Le, calvez Kévin. "Signatures of a 4pi periodic Andreev bound state in topological Josephson junctions." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAY099/document.
Анотація:
Les isolants topologiques 3D sont un nouvel état de la matière décrit par un volume iso-lant électriquement et recouvert par des états de surface métalliques. Une jonction Joseph-son topologique (TJJ) formée autour de ces états de surface peut théoriquement contenirun mode lié d’Andreev ayant une périodicité doublée par rapport aux modes liés d’An-dreev conventionnels 2p périodiques. Le mode d’Andreev 4p périodique serait la briqueélémentaire de l’ordinateur quantique topologique. Ainsi, nous étudions la dynamique dece mode particulier lors de mesures de Shapiro sur des jonctions Josephson fabriquées surdes isolants topologiques à base de bismuth.A?n d’identi?er les e?ets d’un mode 4p-périodique dans une mesure de Shapiro, nousutilisons un model phénoménologique permettant de simuler la caractéristique courant-tension d’une TJJ lors de telles mesures. Nous prédisons deux signatures du mode 4p-périodique et estimons leur robustesse face aux e?ets de chau?age par e?et Joule et face àun modèle d’empoisonnement thermiquement activé du mode 4p-périodique.Par des mesures de Shapiro, nous étudions la dynamique des TJJ basées sur le matériausimple qu’est le Bi2Se3. L’observation des deux mêmes signatures précédemment anticipéespar nos simulations, à savoir un ordre d’apparition non conventionnel des pas de Shapiroainsi que la persistance d’un supercourant à la fermeture du plateau de Shapiro n = 0prouve la présence d’un mode 4p-périodique.Notre étude s’est également portée sur un autre isolant topologique le BiSbTeSe2. Nousavons e?ectué sa croissance par cristallisation liquide-solide et avons mis en évidence,par des mesures d’interférométrie supraconductrice une supraconductivité de surface sanstransport électronique par le volumeThree dimensional topological insulators (3D TI) are a new state of matter composedof an electrically insulating bulk covered by metallic surface states. Theoretically, a topo-logical Josephson junction composed of these surface states can host an Andreev Boundstate (ABS) that has twice the periodicity of the conventional 2p periodic ABSs. The4p periodic ABS is expected to be the building block of topological quantum computing.Therefore, we study the dynamic of this particular ABS by performing Shapiro measure-ment on Josephson junctions built with bismuth based 3D TI.To identify the e?ects of a 4p periodic ABS in a Shapiro measurement, we use a phe-nomenological model that simulates the voltage-current characteristics of a TJJ. We predicttwo signatures of the 4p periodic ABS and estimate their robustness against Joule heatingand thermally activated quasiparticle poisoning of the 4p periodic mode.We study the Josephson junctions dynamics by performing Shapiro measurements onjunctions built on Bi2Se3. We observe the two previously anticipated signatures, whichare the non-conventional appearance order of the Shapiro steps and the remaining of asupercurrent at the closing of the Shapiro step n = 0. They prove the presence of a 4pperiodic ABS.We also study the topological insulator BiSbTeSe2 that we have grown by using themelting growth method. By superconducting interferometric measurements, we show asuperconducting surface transport without bulk electronic conduction
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Vistoli, Lorenzo. "Topological and electronic properties of electron-doped manganite thin films." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS113.
Анотація:
Les couches minces d'oxyde présentent un large éventail de phénomènes physiques et riches diagrammes de phase, ajustables par l'ingénierie des déformations et des interfaces. Le CaMnO3, en particulier, est extrêmement sensible au dopage et aux contraintes d’épitaxie et, lorsqu'il est élaboré sous compression, il passe d'un état isolant et antiferromagnétique à un état métallique et faiblement ferromagnétique à seulement 2% de dopage au Ce.Nous avons utilisé une combinaison de spectroscopie de photoémission résolue en angle, de magnétotransport et de théorie de la fonctionnelle de la densité pour étudier les propriétés électroniques de ce matériau. Nous avons observé l'existence de deux porteurs de charge distincts, les électrons légers et les polarons lourds, dont la nature diffère en raison de leur couplage radicalement différent aux phonons. Nous attribuons ces différences à un remplissage relatif différent de la bande en raison des corrélations, qui améliorent considérablement le couplage aux phonons de la bande des polarons lourds. Les expériences de magnétotransport révèlent que la bande polaire domine le transport malgré sa mobilité réduite.La compression épitaxiale donne également lieu à une forte anisotropie magnétique qui stabilise des bulles magnétiques et s’accompagnent d’un effet Hall topologique. Cela suggère que ces bulles ont un caractère topologique. L'effet Hall topologique diverge lorsque la manganite s'approche de la transition métal-isolant à faible dopage. Nous avons utilisé une théorie récemment développée pour interpréter ce comportement, et nous concluons que des corrélations peuvent entrer en jeu, augmentant la masse effective des porteurs et par conséquent l'effet Hall topologique.Comme cette manganite est très sensible aux changements de densités de porteurs, nous avons développé des transistors à effet de champ ferroélectriques BiFeO3/(Ca,Ce)MnO3. Lors de la commutation de la polarisation ferroélectrique de la couche supérieure de BiFeO3, nous n'avons pu observer de changement notable dans les propriétés des couches de manganite sous-jacentes. Nous avons utilisé la microscopie électronique en transmission pour étudier les propriétés de ces bicouches avec une résolution atomique, et nous avons observé que l'épinglage de polarisation à l’interface BiFeO3/(Ca,Ce)MnO3 empêche une commutation complète de la polarisation et réduit ainsi la capacité opérationnelle de ces dispositifs. Néanmoins, nous avons pu détecter l’influence de la polarisation ferroélectrique sur les propriétés électroniques de la manganite à l’échelle atomiqueOxide thin films feature a wide range of physical phenomena and rich phase diagrams tunable by strain and interface engineering. CaMnO3, in particular, is extremely sensitive to both doping and strain and, when grown with compressive strain, transitions from an insulating and antiferromagnetic state to a metallic and weakly ferromagnetic state at only 2% Ce doping.We used a combination of angle-resolved photoemission spectroscopy, magnetotransport, and density functional theory to study the electronic properties of this material. We observed the existence of two separate charge carriers, light electrons and heavy polarons, whose physical nature differs because of drastically different couplings to phonons. We ascribe these differences to a different relative band filling due to correlations, which enhance greatly the coupling to phonons of the heavy polarons band. Magnetotransport experiments reveal that the polaron band dominates transport despite its lower mobility.Compressive strain also gives rise to a strong magnetic anisotropy which stabilizes magnetic bubbles that accompany a topological Hall effect. This suggests that these bubbles have topological character, i.e. are skyrmion bubbles. The topological Hall effect diverges as the manganite approaches the metal-insulator transition at low dopings. We used a recently developed theory in order to interpret this behavior, and we conclude that correlations may come into play, enhancing the effective mass of the carriers, and in turn the topological Hall effect.As this manganite is highly sensitive to changes in doping and carrier density, we grew BiFeO3/(Ca,Ce)MnO3 ferroelectric field-effect transistors. Upon switching the ferroelectric polarization of the BiFeO3 top layer, we could not observe any sizable changes in the properties of the underlying manganite layers. We used transmission electron microscopy to study the properties of these bilayers with an atomic resolution, and we observed that polarization pinning at the BiFeO3/(Ca,Ce)MnO3 impedes a complete switch of the polarization and so reduces the operational capabilities of these devices. Nevertheless, we could detect modifications of the electronic properties of the manganite induced by polarization reversal at the atomic scale
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Bouvier, Clément. "Preuves expérimentales d'un transport de surface sur un isolant topologique 3D HgTe/CdTe sus contrainte." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENY078/document.
Анотація:
Cette thèse porte sur la caractérisation et l'étude du magnéto-transport sur les structures de type HgTe/CdTe sous contraintes développant un transport de surface topologique tout en étant isolant en volume ; on nomme cette nouvelle classe de matériau isolant topologique 3D.Je développerai dans cette thèse la caractérisation et définition d'un isolant topologique 2D/3D pour ensuite me focalise plus particulièrement sur les systèmes II-VI HgTe/CdTe.Une partie de la thèse développe les conditions de croissance réalisées au CEA/Leti ainsi que la caractérisation du matériau par rayon X. La structure de bande des surfaces est caractérisée par ARPES.Une troisième partie traite de la fabrication des barres de Hall nécessaires à la caractérisation du comportement topologique des surfaces. La partie développement expérimentale est également fournie.La dernière partie traite du magnétotransport réalisé avec ces barres de Hall à faible et fort champ magnétique. Le comportement ambipolaire, une phase de Berry non triviale, l'antilocalisation faible et l'effet Hall quantique entier dans ces structures sont abordés tout tentant de fournir une interprétation des résultats obtenusThis report deal with caracterisation of magnetotransport in HgTe/CdTe structures bulk strained in that a topological surface transport is predicted. This new kind of material is a 3D topological insulator.In this thesis, I will explain what means 3D/2D topological insulator before focusing on II-VI system lijke HgTe/CdTe.Next, I will discuss about growing conditions performed in CEA/Leti and then material caracterisation by X-ray. Surfaces band structures were also, observed by ARPES, underligned in the report.A third part deal with Hall bars design and conception in order to emphasize topological behavior of these surfaces.The last part shows the results obtained on these Hall bars with magnetotransport at low and high magnetic field. Ambipolaire behaviour, non trivial Berry phase, weak antilocalization and the interger quantum hall effect in HgTe/CdTe structures are studied and a possible interpretation of these results are given
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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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Soussi, Fahd. "Effets de textures cristallographique, morphologique et topologique sur la conduction effective d'un milieu hétérogène." Metz, 1992. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/1992/Soussi.Fahd.SMZ9238.pdf.
Анотація:
Nous formulons une approche autocohérente dans le cas de la conductivité électrique. Nous développons une approche autocohérente où l'on assimile chaque grain à une inclusion ellipsoïdole dans le milieu homogène équivalent. Nous en déduisons une formule d'interaction et nous calculons la conductivité effective. Nous considérons les applications de cette approche à l'étude des effets morphologique et cristallographique. Nous étudions en détail la contribution de notre approche à l'étude de la conductivité électrique d'un composite. Nous montrons que notre approche est appropriée pour décrire le comportement près du seuil de percolation. Nous testons enfin l'effet de la morphologie et celui de la taille du "cluster"A new self consistent approach theory is formulated in the case of the electrical conductivity in the polycrystal. A self consistent approach is developed, where each grain is assumed to be a single ellipsoidal inclusion in a homogeneous equivalent medium. An interaction formula is derived and the electrical conductivity is calculated by resolving a linear system of equations. Applications to morphological and crystallographic effect are considered. We discuss in some details the contribution of our approach to the study of electrical conductivity of a composite medium constituded, for example, by spherical inclusions of conductivity k1 in a matrix of conductivity k2
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SOUSSI, FAHD Molinari Alain. "EFFETS DE TEXTURES CRISTALLOGRAPHIQUE, MORPHOLOGIQUE ET TOPOLOGIQUE SUR LA CONDUCTION EFFECTIVE D'UN MILIEU HETEROGENE /." [S.l.] : [s.n.], 1992. ftp://ftp.scd.univ-metz.fr/pub/Theses/1992/Soussi.Fahd.SMZ9238.pdf.
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Amaouch, Mohamed. "Applications des approches topologiques ELF et QTAIM dans un contexte quasirelativiste à 2 composantes." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066496/document.
Анотація:
Cette thèse traite de l'application des approches topologiques de la liaison chimique à des systèmes contenant des éléments lourds sujets aux effets relativistes, notamment ceux dépendant du spin. Elle présente deux volets principaux : (i) l'évaluation des effets du couplage spin-orbite (SO) sur la structure électronique à l'aide d'une analyse combinée des propriétés de la fonction ELF et de l'approche QTAIM en deux composantes et (ii) la rationalisation des distorsions structurales pour des molécules impliquant des éléments lourds et le rôle du couplage SO dans ces distorsions. Nous avons pu mettre en évidence différentes situations pour lesquelles le couplage SO peut avoir une influence très importante, modérée ou négligeable. Un résultat important de ce travail démontre la dépendance du couplage SO à son environnement chimique. Pour le second volet, nous avons élaboré une approche qui a consisté à établir une corrélation entre les interactions électrostatiques locales entre régions liantes et non liantes (bassins ELF et QTAIM) et la géométrie moléculaire du système dans l'esprit des modèles VSEPR et du Ligand Close Packing (LCP). Cette approche a notamment mis en évidence la connexion entre la structure moléculaire et les répulsions des paires non-liantes de l'atome central avec leur environnementThis thesis deals with the aplication of topological approaches of the chemical bonding by means of analysing properties of density-based functions like Electron Localization Function (ELF) and the Quantum Theory of Atoms in Molecumes (QTAIM) to systems involving heavy elements such as 6p elements or actinides . It is divided into two main parts: (i) the evaluation of the spin-orbit coupling (SOC) effects on the electronic structure by means of combination of the QTAIM and ELF topological analyses in the field of quasirelativistic quantum calculations, and (ii) the rationalization of structural distorsions on molecules containing heavy atoms, and the role of the SOC on these distorsions. We were able to emphasize different situations for which SOC has strong, moderate or tiny influence on the chemical bonding, depending on the chemical environnement on which the heavy element is involved. In the second part of this thesis we tested our approach consisting of ELF/QTAIM interbasin repulsion energy analysis in connection with the molecular geometry of the system, in the spirit of the VSEPR and LCP models
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Palin, Victor. "Heusler compounds for spin-orbitronics : exploration of topological effects and magnetic anisotropy engineering." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0031.
Анотація:
Au cours des dernières décennies les besoins en capacité de stockage ont explosé avec l’avènement de l’ordinateur. La crise énergétique que nous traversons au 21eme siècle nécessite le développement de nouveaux matériaux pour le stockage de l’information. C’est dans ce but que les physiciens ont développé de nouvelles façons de stocker l’information de façon à réduire la taille, la consommation énergétique et le coût de fabrication des mémoires tout en augmentant leurs capacités et la vitesse de traitement de l’information. Les recherches réalisées au cours de cette thèse visent à améliorer le stockage de l’information à l'aide des deux champs de recherches suivants :- Le premier se base sur l’utilisation de matériaux émergents dans le domaine de la recherche scientifique : les isolants topologiques. Ces matériaux possèdent des textures de spin particulières susceptibles de générer une conversion très élevée entre courant de spin et courant de charge. Cet état de la matière (non trivial topologiquement) peut s’avérer complexe à stabiliser et à imager. C’est l’objectif de la première partie de cette thèse où des isolants topologiques provenant de la famille des demi-Heusler sont fabriqués par épitaxie par jets moléculaires. La caractérisation structurale par diffraction des rayons X et électronique ainsi que par microscopie à effet tunnel et microscopie électronique à transmission confirme la croissance épitaxiale dans la structure désirée prédite comme ayant une topologie non triviale. La spectroscopie photoélectrique résolue en angle révèle la présence d'états linéaires autour du point Γ de la zone de Brillouin. Néanmoins, les surfaces de Fermi obtenues sont complexes et ne permettent pas de tirer des conclusions claires sur la nature non triviale des composés. Des mesures de transport ont été effectuées pour tester l'efficacité potentielle d'interconversion de nos composés et les expériences de spin Seebeck révèlent une conversion spin/charge deux à trois fois plus élevée dans nos isolants toplogiques comparés à un échantillon témoin de Pt.- La seconde étude réalisée afin d'améliorer les mémoires magnétiques conventionnelles porte sur l’anisotropie magnétique. Ici encore les alliages d’Heusler offrent une grande variété de composés permettant de répondre à ce but. La famille de composés Mn3Z (Z = Ge, Ga) a beaucoup attiré l’attention du fait de sa maille élémentaire tetragonalisée permettant de stabiliser une aimantation perpendiculaire et cela même dans une géométrie de film mince. Dans cette thèse, nous étudions les alliages Mn(100-x)Ga(x) et Mn(100-x)Ge(x) et parvenons à les stabiliser dans leur structure D0(22) offrant une aimantation perpendiculaire. Un zoom est ensuite porté sur des empilements (bicouches et super-réseaux) à base de Mn3Ge et composés d'un second alliage d'Heusler aux propriétés remarquables, la famille Co2MnZ' (Z' = Si, Ge). Les composés Co2MnZ' ont un comportement semi-métallique leur conférant un faible amortissement magnétique et une polarisation en spin de 100% au niveau de Fermi, deux propriétés très souhaitées pour des applications basées sur le couple transfert de spin. Nous développons donc ici des hétérostructures Mn3Ge/Co2MnZ' (bicouches et super-réseaux) et parvenons à faire croître les deux composés dans les structures souhaitées. Le système global possède une aimantation perpendiculaire (amenée par Mn3Ge), la dernière couche de l'empilement est un demi-métal magnétique (amené par Co2MnZ') et les épaisseurs utilisées pour les deux couches permet d'accorder les propriétés magnétiques et d'obtenir 100% de rémanenceOver the last decades, the needs in storage capacity as shot up with computing development. The energy crisis that we are going through in the 21th century requires to develop new fundamental materials for data storage. It was with this purpose that physicist develop new ways to store information in order to reduce device’s scale, energy consumption and manufacturing cost while memories’ size and information’s speed has shot up. The research conducted in this thesis make use of two different ways to improve data storage:- The first one is by using emerging materials in science, called topological insulator, that host peculiar spin texture predicted to generate very high spin-to-charge interconversion. This non-trivial state of matter can be complex to stabilize and image. This is the goal of the first part of this thesis where topological insulators coming from the half-Heusler family are engineered by molecular beam epitaxy. Structural characterization are carried out by X-ray and electronic diffraction along with scanning tunneling microscopy and transmission electron microscopy that confirm an epitaxial growth in the desired structure predicted to host a non-trivial topology. Angle resolved photoemission spectroscopy is performed and reveals the presence of linear states around the Γ point of the Brillouin zone. Nonetheless, the complex Fermi surfaces imaged do not allow to draw clear conclusions on the non-trivial nature of both alloys. Transport measurements were performed to test the potential interconversion efficiency of our compounds and spin Seebeck experiments revealed a spin-to-charge conversion two to three times higher in our TIs compared to a Pt control sample.- The second way chosen to improve conventional magnetic memories is by playing with magnetic anisotropy. Here again, Heusler family offers a vast variety of compounds allowing to fulfill this goal. The Mn3Z family compounds has attracted a lot of attention owing to their tetragonalized unit cell that allows to stabilize perpendicular magnetic anisotropy (PMA) even in a thin film geometry. In this thesis, we investigate Mn(100-x)Ga(x) and Mn(100-x)Ge(x) alloys and manage to stabilize them in their D0(22) structure that offers PMA. A peculiar zoom is then done on Mn3Ge-based stacks composed of a second Heusler alloy with remarkable properties, the Co2MnZ’ family (Z' = Si, Ge). Co2MnZ’ compounds have a half-metallic behavior making them very suitable for spin transfer torque related applications due to their low magnetic damping and full spin polarization at the Fermi level. Here we develop Mn3Ge/Co2MnZ' heterostructures (bilayers and superlattices) and manage to grow both compounds in the desired structures. The overall system is perpendicularly magnetized (thanks to Mn3Ge), terminated with a half-metal magnet (thanks to Co2MnZ') and the thicknesses used for both layers allow to tune the magnetic properties and obtained 100% of remanence
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Razo, López Luis Alberto. "Localisation des ondes électromagnétiques au-delà d'Anderson : rôle des corrélations, des symétries et de la topologie." Electronic Thesis or Diss., Université Côte d'Azur, 2024. http://www.theses.fr/2024COAZ5013.
Анотація:
Au sens large, le terme de localisation ondulatoire fait référence à un phénomène où les ondes sont spatialement confinées dans de petites régions de l'espace sans la contrainte de barrières matérielles. Dans cette thèse, nous étudions (analytiquement, numériquement et expérimentalement) différents mécanismes physiques collectifs pour localiser spatialement, et donc pour contrôler les ondes électromagnétiques. En particulier, nous nous concentrons sur le rôle des potentiels non corrélés et corrélés, ainsi que sur des effets topologiques pour réaliser le confinement des ondes. Les études analytiques et numériques sont réalisées dans le cadre d'une approche récente de la modélisation de la localisation d'Anderson appelée théorie du paysage de localisation. D'autre part, des expériences sont réalisées à l'aide d'une plate-forme micro-ondes composée de petits cylindres diélectriques placés à l'intérieur d'une cavité constituée de deux plaques métalliques. La cavité met en œuvre un système d'ondes propagatives, où nous pouvons contrôler efficacement la permittivité locale au moyen des cylindres agissant comme des diffuseurs, ou comme un système de de liaison forte analogique, où, dans ce cas, les cylindres diélectriques jouent le rôle de résonateurs. Dans un premier temps, nous étendons le champ d'application de l'approche du paysage de localisation à une large classe de systèmes de liaison forte unidimensionnels et bidimensionnels en présence d'un désordre non corrélé, où des fonctions propres localisées apparaissent en bord de bande. Nous démontrons comment la théorie du paysage de localisation est capable de prédire avec précision non seulement les emplacements, mais aussi les énergies des fonctions propres localisées dans les régimes de basse et de haute énergie. Ensuite, en utilisant notre cavité expérimentale comme système de propagation, nous réalisons des expériences de transport de micro-ondes dans des réseaux planaires bidimensionnels. Les expériences sont réalisées sur un réseau désordonné et sur une spirale de Vogel apériodique à partir de laquelle nous caractérisons les structures modales électromagnétiques dans l'espace réel. Nos résultats révèlent que les systèmes apériodiques possèdent une grande variété de modes à longue durée de vie - avec des décroissances spatiales gaussiennes, exponentielles et en loi de puissance - qui sont capables de survivre même dans un environnement tridimensionnel. Ceci est confirmé par différentes quantités de transport telles que la densité d'états, le temps de décroissance caractéristique et la conductance de Thouless qui sont également accessibles expérimentalement. À l'inverse, nous montrons que les états propres dans les milieux désordonnés traditionnels sont toujours limités à des décroissances radiales exponentielles avec d'importantes fuites dès que les systèmes ne sont plus bidimensionnels. Enfin, nous utilisons la configuration expérimentale de liaison forte pour étudier la propagation des états hélicoïdaux topologiques. En particulier, nous analysons expérimentalement un ensemble de structures en nid d'abeille construites à l'aide d'un réseau triangulaire avec une cellule unitaire hexagonale, qui sont caractérisées par l'invariant topologique Z_2. En accédant à la structure modale dans l'espace réel et à la densité d'états, nos résultats révèlent la possibilité d'ouvrir une bande interdite topologique, peuplée d'états de bord localisés en bordure de la structure. Nous démontrons la nature unidirectionelle de la propagation de ces états de bord hélicoïdaux contre-propagatifs. Dans l'ensemble, nos résultats démontrent qu'il est possible de modéliser, de contrôler et de localiser les ondes électromagnétiques non seulement du point de vue d'Anderson, mais aussi au-delà. Grâce aux différents jalons que nous avons posés, nous ouvrons une voie vers l'hypothétique localisation d'Anderson des ondes électromagnétiques tridimensionnellesIn a broad sense, the term wave localization refers to a phenomenon where waves are spatially confined in small regions of the space without any bounding material barriers.In this Thesis, we investigate (analytically, numerically and experimentally) different physical collective mechanisms to spatially localize, and therefore, to control electromagnetic waves. Specifically, we focus on the role of uncorrelated and correlated potentials, as well as of topological effects to achieve wave confinement. Analytical and numerical studies are accomplished in the framework of a recent approach in the modeling of Anderson localization called localization landscape theory. On the other hand, experiments are performed using a microwave platform composed by small dielectric cylinders placed inside a cavity made of two metallic plates. The cavity implements a propagative wave system, where we can efficiently control the local permittivity by means of the cylinders acting as scatterers, or as an analogic tight-binding system, where, in this case, the dielectric cylinders play the role of resonators.First, we extend the scope of the localization landscape approach to a wide class of one and two dimensional tight-binding systems in the presence of uncorrelated disorder, where localized eigenfunctions appear in both band-edges. We demonstrate how the landscape theory is able to predict accurately not only the locations, but also the energies of localized eigenfunctions in the low- and high-energy regimes. Later, by using our experimental cavity as a propagative system, we perform microwave transport experiments in two dimensional planar arrays. Experiments are carried out on a disordered lattice and on an aperiodic Vogel spiral from where we characterize the electromagnetic modal structures in real space. Our results reveals that aperiodic systems can carry a rich variety of long-lived modes—with Gaussian, exponential, and power law spatial decays—which are able to survive even in a three-dimensional environment. This is supported by different transport quantities such as the density of states, the characteristic decay time, and the Thouless conductance that are also experimentally accessible. On the contrary, we show that the eigenstates in traditional disordered media are always limited to exponential radial decays with leaking features beyond two-dimensions.Finally, we use the experimental tight-binding configuration to investigate the propagation of topological helical states. Particularly, we experimentally analyze a set of honeycomb-like structures built using a triangular lattice with an hexagonal unit cell, which are characterized by the Z_2 topological invariant. By recovering the modal structure in real space and the density of states, our results reveal the possibility to open a topological gap, dwelt by edge states that lives in the border of the structure.We demonstrate the unidirectional counterpropagative features of such helical edge states.Taken together, our results demonstrate that it is possible to model, control and localize electromagnetic waves not only within, but beyond Anderson's conception. Thanks to the crossroads we have taken, we have mapped out an itinerary that brings us closer to the main avenue leading perhaps to Anderson localization of three dimensional electromagnetic waves
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Sanogo, Satafa. "Conception optimale de circuits magnétiques dédiés à la propulsion spatiale électrique par des méthodes d'optimisation topologique." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30015/document.
Анотація:
Dans ces travaux, nous présentons des méthodes d'optimisation théoriques et numériques pour la conception optimale de circuits magnétiques pour propulseurs à effet Hall. Ces problèmes de conception sont des problèmes inverses très difficiles à résoudre que nous formulons sous forme de problèmes d'optimisation topologique. Les problèmes resultant sont non convexes avec des contraintes aux équations différentielles de Maxwell. Au cours de ces travaux, des approches originales ont été proposées afin de résoudre efficacement ces problèmes d'optimisation topologique. L'approche de densité de matériaux SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) qui est une variante de la méthode d'homogénéisation a été privilégiées. De plus, les travaux de ma thèse ont permis la mise en place de codes d'optimisation dénommé ATOP (Algorithm To Optimize Propulsion) utilisant en parallèle les logiciels de calculs scientifiques Matlab et d'élément finis FEMM (Finite Element Method Magnetics). Dans ATOP, nous utilisant à la fois des algorithmes d'optimisation locale de type descente basés sur une analyse de la sensibilité du problème et des algorithmes d'optimisation globale principalement de type Branch and Bound basés sur l'Arithmétique des Intervals. ATOP permettra d'optimiser à la fois la forme topologique des circuits magnétiques mais aussi le temps et le coût de production de nouvelles génération de propulseurs électriquesIn this work, we present theoretical and numerical optimization method for designing magnetic circuits for Hall effect thrusters. These design problems are very difficult inverse ones that we formulate under the form of topology optimization problems. Then, the obtained problems are non convex subject to Maxwell equations like constraints. Some original approaches have been proposed to solve efficiently these topology optimization problems. These approaches are based on the material density model called SIMP approach (Solid Isotropic Material with Penalization) which is a variante of the homogenization method. The results in my thesis allowed to provide optimization source code named ATOP (Algorithm To Optimize Propulsion) unsung in parallel two scientific computing softwares namely Matlab and FEMM (Finite Element Method Magnetics). In ATOP, we use both local optimization algorithms based on sensitivity analysis of the design problem; and global optimization algorithms mainly of type Branch and Bound based on Interval Arithmetic analysis. ATOP will help to optimize both the topological shape of the magnetic circuits and the time and cost of production (design process) of new generations of electrical thrusters
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Sticlet, Doru Cristian. "États de bord dans les isolants de Chern et les fermions de Majorana dans les supraconducteurs topologiques." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00770666.
Анотація:
Cette thèse poursuit deux directions dans le domaine des isolants et supraconducteurs topologiques.Dans la première partie de la thèse nous étudions des isolants en deux dimensions sur réseau, présentant un effet Hall quantique anormal (c'est-à-dire en l'absence d'un champ magnétique externe), induit par la présence d'un flux magnétique inhomogène dans la maille. Le système possède des phase isolantes caractérisés par un invariant topologique, le nombre de Chern, qui est lié à la conductance portée par le bord états. Nous montrons que les modèles à deux bandes admettent des phase à nombre de Chern arbitraire, ou, de façon équivalente, un nombre arbitraire d'états de bord, quand on augmente la portée des couplages sur réseau. Cette compréhension est rendue possible grâce à la démonstration d'une formule montrant que le nombre de Chern d'une bande dépend de certains propriétés d'un ensemble discret de points dans la zone de Brillouin, les points de Dirac en l'absence du gap. Ces idées sont rendues plus concrètes dans l'étude du modèle de Haldane et dans la création d'un modèle artificiel avec cinq phases de Chern dont les états de bord sont déterminés en détail. La deuxième partie de la thèse porte sur les supraconducteurs topologiques unidimensionnels qui exhibent des états exotiques d'énergie zéro: les états liés de Majorana. Nous étudions ici la présence de fermions de Majorana dans des fils de semiconducteurs à fort couplage spin-orbite sous l'effet de proximité d'un supraconducteur d'onde s. Nous montrons que la polarisation de spin des degrés de liberté électroniques dans la fonction d'onde Majorana dépend du poids relatif du couplage spin-orbite Dresselhaus et Rashba. Nous étudions également les fermions de Majorana dans des jonctions linéaires longues supraconducteur-normal et supraconducteur-normal-supraconducteur (SNS) où ils apparaissent comme des états étendus dans la jonction normale. En outre, la géométrie d'anneaux peut être mise en correspondance avec une jonction SNS, et, sous l'action de gradients dans la phase supraconductrice, des fermions Majorana étendus se forment encore à l'intérieur du fil normal. Enfin, un modèle à deux bandes avec des fermions de Majorana multiples est traité. Nous démontrons que les jonctions Josephson construites à partir de ce modèle maintiennent l'une des signatures remarquables des fermions de Majorana, à savoir la périodicité 4π de l'effet Josephson fractionnaire.
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Flayac, Hugo. "Nouvelles tendances dans les condensats d'exciton-polaritons spineurs : défauts topologiques et structures de basse dimensionnalité." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00822148.
Анотація:
Au long de ce manuscrit de thèse je présenterai des effets non linéaires émergents dans les condensats d'exciton-polaritons spineurs. Après un chapitre d'introduction amenant les notions de bases nécessaires, je me concentrerai dans une première partie sur les défauts topologiques quantifiés par des nombres demi-entiers et discuterai leur stabilité, accélération et nucléation en présence de champs magnétiques effectifs. Nous verrons que ces objets se comportent comme des charges magnétiques manipulables démontrant une analogie fascinante avec les monopoles de Dirac. De manière remarquable nous verrons également que ces objets peuvent être utilisés comme des signaux stables pour sonder la physique d'analogues acoustiques de trous noirs. Dans une seconde partie j'étudierai des structures de basse dimensions. Plus particulièrement, je décrirai la formation de solitons de bande interdite et les oscillations de Bloch des exciton-polaritons dans des microfils comportant des structures périodiques et d'autre part les oscillations Josephson à température ambiante dans des paires de micropilliers couplés.
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Artaud, Alexandre. "Quasi-ordre à longue distance et défauts topologiques dans le graphène sur rhénium étudié par microscopie à effet tunnel." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAY009/document.
Анотація:
La découverte du graphène en 2004 constitue une double avancée en physique de la matière condensée. D'une part, ses propriétés électroniques sont celles d’un gaz de fermions de Dirac sans masse. D'autre part, sa structure fournit le tout premier exemple d’un matériau ordonné à deux dimensions.Cette seconde caractéristique est étudiée dans cette thèse par microscopie à effet tunnel (STM), dans le cas du graphène synthétisé en ultra-haut vide sur la face (0001) du rhénium. A deux dimensions, l’ordre cristallin est en effet impossible, et il est prédit qu’un quasi-ordre à longue distance s’y substitue, où la phase du paramètre d’ordre fluctue. Le substrat de rhénium intervient alors comme une influence extérieure qui peut restaurer l’ordre cristallin, en forçant la structure du graphène à épouser une relation d’épitaxie avec le rhénium.L’étude proposée de la structure du graphène démontre qu’elle est en fait tributaire de contraintes cinétiques héritées de sa croissance. Plusieurs nanostructures caractéristiques ont ainsi été identifiées à l’échelle atomique, permettant de remonter au mécanisme de croissance. Deux chemins réactionnels y entrent ainsi en compétition. Le premier aboutit à une famille d’agrégats de carbone métastables, de structures bien définies, en épitaxie sur le rhénium. Le second mène à la croissance d’îlots de graphène qui s’étendent sur quelques nanomètres. La coalescence de ces îlots et l’incorporation des agrégats en leur sein conduit à des défauts structurels dont la structure atomique est détaillée pour la première fois. Cette étude exhaustive révèle la diversité des chemins réactionnels lors de la croissance de graphène sur rhénium, qui sont autant de compromis entre cinétique et thermodynamique.Au terme de cette croissance, le graphène obtenu n’est pas uniforme, mais constitué de domaines s'étendant sur des distances de l'ordre de 10 nm. Chaque domaine présente une relation d'épitaxie entre le graphène et le rhénium qui lui est propre, où le graphène s'avère à la fois tourné et cisaillé par rapport à son substrat, comme le montre une méthode d’analyse d’images STM développée à cet effet. L’élaboration d’une classification universelle de ces relations d'épitaxie montre leur grande diversité. Deux interprétations se confrontent alors. Les parois entre domaines de graphène peuvent en effet être interprétées comme des défauts topologiques dans l’ordre cristallin imposé au graphène par le substrat de rhénium. Alternativement, ce sont des modes de fluctuations dont la dynamique est gelée par l’interaction avec le substrat. Ces résultats remettent donc en question la notion d’ordre cristallin imposé par son substrat à un matériau bidimensionnel. Ils montrent qu’au lieu de forcer une relation d'épitaxie particulière, l’interaction du graphène avec son substrat donne lieu à une phase dite chaotiqueThe discovery of graphene in 2004 is a two-fold breakthrough in condensed matter physics. On the one hand, its electronic properties are that of a massless Dirac fermion gas. On the other hand, its structure is the very first example of an ordered material in two dimensions.This second characteristics is studied in this thesis by scanning tunneling microscopy (STM), in the case of graphene grown in ultra-high vacuum on the (0001) surface of rhenium. In two dimensions, crystalline order is indeed impossible, and it is predicted to be replaced by a quasi-long-range order, for which the phase of the order parameter fluctuates. The rhenium substrate then acts as an outside influence that can restore crystalline order, as it forces graphene's structure to adopt an epitaxial relation with rhenium.The study of graphene's structure proposed here proves it actually originates from kinetic constraints inherited from its growth. Many typical nanostructures have indeed been identified at the atomic scale, giving access to the growth mechanism. Two reaction pathways compete. The first one gives rise to a family of metastable carbon clusters with well-defined structures in epitaxy on rhenium. The second one leads to growing graphene islands of a few nanometers in size. The coalescence of these islands and the incorporation of the carbon clusters ends up forming structural defects whose atomic structure is detailed for the first time. This exhaustive study reveals reaction pathways in the growth of graphene on rhenium are diverse, and constitute compromises between kinetics and thermodynamics.At the end of that growth, the obtained graphene is not uniform, but made of roughly 10 nm-large domains. Each domain displays a specific epitaxial relation with rhenium, in which graphene is both twisted and sheared with respect to rhenium, as revealed a STM image analysis method developed for this purpose. Elaborating a universal classification of such epitaxial relations shows they are very diverse. Two interpretations of this morphology are possible. The graphene domain walls can indeed be interpreted as topological defects in the crystalline order set in graphene by the rhenium substrate. Otherwise, they are fluctuation modes whose dynamics is frozen by the interaction with the substrate. These results put into question the notion of crystalline order set by a substrate to a two-dimensional material. They show that instead of forcing a specific epitaxial relationship, the graphene-substrate interaction gives rise to a so-called chaotic phase
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Guillet, Thomas. "Tuning the spin-orbit coupling in Ge for spin generation, detection and manipulation." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALY033.
Анотація:
L'un des principaux objectifs de la spintronique est de réaliser le transistor à spin et pour y parvenir, il faut mettre en œuvre avec succès une plateforme où les courants de spin peuvent être facilement injectés, détectés et manipulés à température ambiante. Dans cette optique, ce travail de thèse montre que le germanium est un très bon candidat grâce à ses propriétés optiques et de spin ainsi qu'à sa compatibilité avec les nanotechnologies à base de silicium.Au fil des années, plusieurs schémas d'injection et de détection de spin ont été réalisés dans Ge, mais la manipulation électrique de l'orientation du spin est toujours une pièce manquante. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur deux approches afin de manipuler l'interaction spin-orbite (SOI) dans le germanium. Les deux s'appuient sur l'absence de symétrie d'inversion structurale et le couplage spin-orbite aux surfaces et aux interfaces avec le germanium (111). Tout d'abord, nous avons effectué la croissance épitaxiale de l'isolant topologique Bi2Se3 sur Ge (111). Après avoir caractérisé les propriétés structurales et électriques de l'hétérostructure Bi2Se3/ Ge, nous avons développé une méthode originale pour sonder la conversion courant de spin-courant de charge à l'interface entre Bi2Se3 et Ge en tirant profit des propriétés optiques du Ge. Les résultats ont montré que l'hybridation entre les états de surface de Bi2Se3 et du Ge pourrait permettre la manipulation électrique de l'orientation du spin dans un transistor.La seconde approche consiste à exploiter le SOI intrinsèque de Ge (111). J'ai étudié les propriétés électriques d'un film mince de Ge (111) et découvert que le passage du courant dans des états de sous-surface où l'interaction Rashba est forte, induit un effet de magnétorésistance très particulier que nous avons appelé la magnétorésistance Rashba unidirectionnelle. Elle est due à l'interaction entre le champ magnétique appliqué extérieur et le pseudo champ magnétique induit par le courant appliquée dans les états polarisés en spin du Ge (111). La forte intensité et modularité de cet effet nous mène à penser que ces états pourraient être également mis à profit dans la réalisation d'un transistor à spin tout semi-conducteur.Parallèlement, j'ai intégré des jonctions tunnel magnétiques à anisotropie perpendiculaire à base de multicouches (Co/Pt) sur la plateforme de Ge (111). J'ai développé une technique hybride électro-optique originale basée sur une détection électrique du dichroïsme magnétique circulaire du (Co/Pt) pour faire de l’imagerie magnétique. Ces jonctions tunnel magnétiques ont ensuite été utilisées pour effectuer la génération et la détection de spin dans un dispositif de type vanne de spin latérale. L'anisotropie magnétique perpendiculaire permet de générer un courant de spin avec une orientation de spin perpendiculaire au plan de l'échantillon.Enfin, j'ai rassemblé tous ces éléments développés pendant ma thèse dans un dispositif ultime: un prototype de transistor à spin où une accumulation de spin peut être générée et détectée optiquement et/ou électriquement, en utilisant l'orientation optique de spin dans le germanium ou les jonctions tunnel magnétiquesOne of the main goals of spintronics is to achieve the spin transistor operation and for this purpose, one has to successfully implement a platform where spin currents can be easily injected, detected and manipulated at room temperature. In this sense, this thesis work shows that Germanium is a very good candidate thanks to its unique spin and optical properties as well as its compatibility with Silicon-based nanotechnology.Throughout the years, several spin injection and detection schemes were achieved in Ge but the electrical manipulation of the spin orientation is still a missing part. Recently we focused on two approaches in order to tune the spin-orbit interaction (SOI) in a Ge-based platform. Both rely on the structural inversion asymmetry and the spin-orbit coupling at surfaces and interfaces with germanium (111). First, we performed the epitaxial growth of the topological insulator (TI) Bi2Se3 on Ge (111). After characterizing the structural and electrical properties of the Bi2Se3/Ge heterostructure, we developed an original method to probe the spin-to-charge conversion at the interface between Bi2Se3and Ge by taking advantage of the Ge optical properties. The results showed that the hybridization between the Ge and TI surface states could pave the way for implementing an efficient spin manipulation architecture.The latter approach is to exploit the intrinsic SOI of Ge (111). By investigating the electrical properties of a thin Ge(111) film epitaxially grown on Si(111), we found a large unidirectional Rashba magnetoresistance, which we ascribe to the interplay between the externally applied magnetic field and the current-induced pseudo-magnetic field in the spin-splitted subsurface states of Ge (111). The unusual strength and tunability of this UMR effect open the door towards spin manipulation with electric fields in an all-semiconductor technology platform.In a last step, I integrated perpendicularly magnetized (Co/Pt) multilayers-based magnetic tunnel junctions on the Ge (111) platform. I developed an original electro-optical hybrid technique to detect electrically the magnetic circular dichroism in (Co/Pt) and perform magnetic imagingThese MTJs were then used to perform spin injection and detection in a lateral spin valve device. The perpendicular magnetic anisotropy (PMA) allowed to generate spin currents with the spin oriented perpendicular to the sample plane.Finally, I assembled all these building blocks that were studied during my PhD work to build a prototypical spin transistor. The spin accumulation was generated either optically or electrically, using optical spin orientation in germanium or the injection from the magnetic tunnel junction
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Sticlet, Doru. "Edge states in Chern Insulators and Majorana fermions in topological superconductors." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112318/document.
Анотація:
Cette thèse poursuit deux directions dans le domaine des isolants et supraconducteurs topologiques.Dans la première partie de la thèse nous étudions des isolants en deux dimensions sur réseau, présentant un effet Hall quantique anormal (c'est-à-dire en l'absence d'un champ magnétique externe), induit par la présence d'un flux magnétique inhomogène dans la maille. Le système possède des phase isolantes caractérisés par un invariant topologique, le nombre de Chern, qui est lié à la conductance portée par le bord états. Nous montrons que les modèles à deux bandes admettent des phase à nombre de Chern arbitraire, ou, de façon équivalente, un nombre arbitraire d'états de bord, quand on augmente la portée des couplages sur réseau. Cette compréhension est rendue possible grâce à la démonstration d'une formule montrant que le nombre de Chern d'une bande dépend de certains propriétés d'un ensemble discret de points dans la zone de Brillouin, les points de Dirac en l'absence du gap. Ces idées sont rendues plus concrètes dans l'étude du modèle de Haldane et dans la création d'un modèle artificiel avec cinq phases de Chern dont les états de bord sont déterminés en détail. La deuxième partie de la thèse porte sur les supraconducteurs topologiques unidimensionnels qui exhibent des états exotiques d'énergie zéro: les états liés de Majorana. Nous étudions ici la présence de fermions de Majorana dans des fils de semiconducteurs à fort couplage spin-orbite sous l’effet de proximité d'un supraconducteur d'onde s. Nous montrons que la polarisation de spin des degrés de liberté électroniques dans la fonction d'onde Majorana dépend du poids relatif du couplage spin-orbite Dresselhaus et Rashba. Nous étudions également les fermions de Majorana dans des jonctions linéaires longues supraconducteur-normal et supraconducteur-normal-supraconducteur (SNS) où ils apparaissent comme des états étendus dans la jonction normale. En outre, la géométrie d'anneaux peut être mise en correspondance avec une jonction SNS, et, sous l'action de gradients dans la phase supraconductrice, des fermions Majorana étendus se forment encore à l'intérieur du fil normal. Enfin, un modèle à deux bandes avec des fermions de Majorana multiples est traité. Nous démontrons que les jonctions Josephson construites à partir de ce modèle maintiennent l'une des signatures remarquables des fermions de Majorana, à savoir la périodicité 4π de l'effet Josephson fractionnaireThis thesis follows two threads in the field of topological insulators and superconductors. The first part of the thesis is devoted to the study of two-dimensional quantum anomalous Hall insulators on a lattice, in the absence of an external magnetic flux, but induced by an inhomogeneous flux in the unit cell. The system possesses several gapped phases characterized by a topological invariant, the Chern number, that is related to the conductance carried by the edge states. Here we show that two-band models admit an arbitrary large number of Chern phases or, equivalently, an arbitrary number of edge states, by adding hopping between distant neighbor sites. This result is based on a formula proving that the Chern number of a band depends on certain properties of a finite set of points in the Brillouin zone, i.e. the Dirac points for the gapless system. These ideas are made more concrete in the study of a modified Haldane model, and also by creating an artificial model with five Chern phases, whose edge states are determined in detail. The second part of the thesis focuses on one-dimensional topological superconductors with exotic zero-energy edge states: the Majorana bound states. Here we investigate the presence of Majorana fermions in spin-orbit coupled semiconducting wire in proximity to an s-wave superconductor. We show that the spin-polarization of the electronic degrees of freedom in the Majorana wave function depends on the relative weight of Dresselhaus and Rashba spin-orbit couplings. We also investigate Majorana fermions in linear superconductor-normal and long superconductor-normal-superconductor (SNS) junctions where they appear as extended states in the normal junction. Furthermore, ring geometries can be mapped to an SNS junction, and, we have shown that under the action of superconducting phases gradients, extended Majorana fermions can form again inside the normal wire. Finally a two-band model with multiple Majorana fermions is treated and we show that Josephson junctions built from this model maintain the 4π periodicity for the fractional Josephson effect, one of Majorana fermions signatures
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Noel, Paul. "Dynamical spin injection and spin to charge current conversion in oxide-based Rashba interfaces and topological insulators." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY062.
Анотація:
L'utilisation de matériaux ferromagnétiques a longtemps été l'unique méthode pour détecter et produire des courants de spin. Cependant, depuis le milieu des années 2000 des méthodes alternatives ont été proposées. Un champ émergent de la spintronique, appelé spin-orbitronique, s'attelle à l'utilisation du couplage spin orbite pour détecter et produire des courants de spin en l'absence de matériaux ferromagnétiques. Une interconversion efficace entre courant de spin et courant de charge a pu être obtenues à l'aide de l'effet Hall de spin dans les métaux lourds tels que le Platine ou le Tantale. Une telle conversion peut aussi être obtenue en utilisant l'effet Edelstein dans les interfaces Rashba et les isolants topologiques.La conversion de courant de spin à courant de charge par effet Hall de spin et effet Edelstein inverse peut être étudiée par la méthode dite du pompage de spin par résonance ferromagnétique. Ce manuscrit présente ces différents effets de conversion ainsi que la technique utilisée basée sur une mesure électrique effectuée à la résonance ferromagnétique. Y sont présentés des résultats de conversion spin charge dans les métaux, les interfaces Rashba à base d'oxydes ainsi que dans les isolants topologiques. Parmi ces systèmes nous avons montré la possibilité de moduler à l'aide d'une grille électrostatique la conversion spin charge dans un gaz d'électron bidimensionel obtenu à la surface de l'oxyde SrTiO3. De plus il est possible de moduler, de façon rémanente, la conversion dans SrTiO3 grâce à la ferroélectricité obtenue à des températures cryogéniques.Parmi les autres systèmes étudiés les isolants topologiques HgTe et Sb2Te3 présentent des propriétés de conversion spin vers charge prometteuses à température ambiante. En particulier dans le cas de HgTe, en utilisant une couche de protection de HgCdTe nous avons pu obtenir des niveaux de conversion un ordre de grandeur plus élevé que dans le Platine.Ces résultats suggèrent que les gaz d'électrons bidimensionnels aux interfaces d'oxydes ainsi que les isolants topologiques sont des systèmes prometteurs pour la détections de courants de spin pour des applications au delà de la logique CMOSUsing a ferromagnetic layer has been the first method to obtain and detect spin currents, allowing to modify the magnetization state of an adjacent layer using spin transfer torque. However, in recent years, an alternative way to manipulate spin currents has been proposed. An emerging field of spintronics, called spin-orbitronics, exploits the interplay between charge and spin currents enabled by the spin-orbit coupling (SOC) in non-magnetic systems. An efficient current conversion can be obtained through the Spin Hall Effect in heavy metals such as Platinum or Tantalum. The conversion can also be obtained by exploiting the Edelstein Effect in Rashba interfaces and topological insulators.The spin to charge conversion by means of Inverse Edelstein Effect and inverse Spin Hall Effect can be studied by the spin pumping by ferromagnetic resonance technique. This manuscript present these two conversion mechanisms as well as the technique that was used to measure them, which is based on an electrical detection of the ferromagnetic resonance. Results on the spin to charge current conversion obtained in metals, oxide-based Rashba interfaces and topological insulators will be presented. Among these systems we have demonstrated the possibility to tune the conversion efficiency by using a gate voltage in a two-dimensional electron gas at the surface of an oxide SrTiO3. Moreover it is possible to tune this effect, a remanent way, thanks to the ferroelectricity obtained in SrTiO3 at cryogenic temperatures.Other studied systems such as topological insulators HgTe and Sb2Te3 also have promising properties for an efficient spin to charge current conversion at room temperature. In particular we showed than in HgTe by using a thin HgCdTe protective layer, it is possible to obtain a spin to charge current conversion efficiency one order of magnitude larger than in Pt.These results suggest that stwo dimensional electron gases at oxide interfaces and topological insulators have a strong potential for the efficient detection of spin currents for possible beyond CMOS applications
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Etienne, Thibaud. "Développement et application de stratégies d’étude théorique de propriétés remarquables relatives aux états excités moléculaires." Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0097/document.
Анотація:
L’exploitation de méthodes théoriques dans le cadre de la modélisation de propriétés moléculaires remarquables s’est substantiellement développée lors des dernières décennies, notamment grâce au progrès des technologies informatiques qui rendent désormais accessibles certaines informations cruciales à nos recherches grâce au calcul intensif. Il est maintenant possible d’évaluer des propriétés et de résoudre des problèmes théoriques de haut niveau grâce aux ressources calculatoires actuelles. Dans ce cadre, la caractérisation par la mécanique quantique des états excités moléculaires constitue toujours un défi d’une très grande richesse suscitant un intérêt accru de la communauté de physique moléculaire théorique et expérimentale. Cette qualité s’accompagne d’une grande complexité d’étude, conséquence du nombre de phénomènes physiques caractérisant l’accès d’un système à ses états excités. Notre contribution s’inscrit dans ce contexte, puisque les études dont ce document fait état sont relatives à la rationalisation du comportement de chromophores face à la capture d’un photon. Cette interaction entre la lumière et la matière est rapportée à l’échelle moléculaire et décrite dans nos travaux par des méthodes quantiques en vue de comprendre les mécanismes inhérents aux propriétés caractéristiques de composés-cibles. Ces interprétations sont appuyées par des développements théoriques visant l’établissement ou la consolidation des outils conceptuels et mathématiques constitutifs de nos stratégies théoriques d’investigation des états excités. Les développements qui font l’objet de ce document portent principalement sur l’interaction des chromophores avec leur vicinité moléculaire traitée implicitement ou explicitement dans le cadre d’une résolution géométrique du spectre d’absorption électronique, ainsi que sur une approche quantitative de la réorganisation de la structure électronique d’un composé induite par l’absorption d’un photon. Les applications sont quant à elles relatives à des chromophores présentant des propriétés remarquables : sonde solvatochromique, sonde à explosifs, chromophore interagissant avec l’ADN, composés intervenant dans la constitution de cellules solaires de troisième génération, clusters multichromophoresExploiting theoretical methods for modeling remarkable molecular properties has extensively gained interest from the scientific community during the last few decades. The development of these methods has been made possible by the important technological progresses realized in the field of computational science. These advances made accessible some informations that are crucial to our current researches but hitherto impossible to compute. It is thus now possible to solve high-level theoretical issues and to access novel critical properties. Within this framework, quantum-mechanical characterization of molecular excited states still constitutes a challenging achievement with a considerable interest to the theoretical and experimental molecular physics community. However, these studies can be of extreme complexity, due to the interplay between numerous physical phenomena that characterize the access of a system to its own excited states. The scope of our contribution is closely related to these fundamental issues in the sense that we aim at rationalizing the behavior of chromophores facing a photon capture. This light-matter interaction is studied at the molecular level and is addressed in our work with quantum-mechanical methods in order to unravel the mechanisms inherent to the characteristic properties of target compounds. Those interpretations are supported by theoretical developments intending the establishment or consolidation of conceptual and mathematical tools constituting our theoretical strategy for excited states investigations. The aforementioned developments are mostly related to the interaction of chromophores with their molecular vicinity treated implicitely or explicitely, the latter playing an important role in our attempt to gain a geometrical resolution of electronic spectra with conformational space sampling methods. Our interest was also focused on the photoinduced electronic structure reorganization through the design of quantum-mechanical descriptors of excited states topology. On the other hand, applications were related to chromophores exhibiting remarkable molecular properties : solvatochromic probe, explosive probe, chromophore interacting with DNA, dyes designed for third-generation solar cells, multichromophoric clusters
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Smagghe, Guillaume. "modélisation de la recristallisation lors du forgeage à chaud de l’acier 304L – une approche semi-topologique pour les modèles en champs moyens." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEM003/document.
Анотація:
Les pièces métalliques constituant le circuit primaire des installations nucléaires sont élaborées par forgeage à chaud. Pendant ce procédé, les transformations microstructurales induites par la déformation et les recuits déterminent une partie des propriétés mécaniques des produits finaux. L’orientation de la microstructure lors du processus de fabrication nécessite une connaissance précise des mécanismes physiques qui opèrent dans le matériau. Dans le cas de la déformation à chaud de l’acier austénitique 304L, ces modifications microstructurales dépendent de la recristallisation dynamique discontinue (DDRX) et de la recristallisation post-dynamique (PDRX). L’objet de ce projet est : (i) l’étude de la DDRX et de la PDRX dans les conditions de déformation du procédé de forgeage, (ii) l’étude de l’influence d’un ajout de niobium sur ces mécanismes, (iii) la modélisation de ces mécanismes afin de prédire les caractéristiques de la microstructure (moyenne et distribution de la taille des grains) à l’issue d’un procédé multipasses. Dans le cadre de l’étude, les conditions de déformation rencontrées lors du forgeage à chaud sont reproduites à l’aide d’essais de torsion sur des matériaux modèles contenant des teneurs en niobium différentes. La caractérisation et la modélisation des microstructures a permis de comprendre les effets respectifs de la température, de la vitesse de déformation ainsi que de l’ajout de niobium sur les mécanismes de la DDRX et de la PDRX. Dans cette étude, une nouvelle approche semi-topologique de l’hypothèse champs moyens est développée afin de permettre la prédiction de distributions de la taille de grain cohérentes avec les données expérimentalesCooling system of nuclear power plants is constituted of metallic parts obtained by hot forging. Thus during the manufacturing process, the microstructural trans- formations induced by the deformation and annealing process define partially the mechanical properties of the final products. A sharp knowledge of the physical mechanisms generated within the material is required to handle the microstructure. In the case of hot deformation of 304L austenitic stainless steel, the microstructural modifications depend on the discontinuous dynamic recrystallization (DDRX) and the post-dynamic recrystallization (PDRX). The aim of this project is: (i) the study of the DDRX and the PDRX under the conditions of deformation inherent in the forging process, (ii) the study of the influence of niobium addition on these mechanisms, (iii) the modeling of these me- chanisms in order to predict the microstructure characteristics (mean grain size and distribution) following a multipass process. As part of the research, the deformation conditions experienced during the hot forging process are replicated through torsion tests with model materials containing various niobium concentrations. Characterization and modeling of microstructures enable to understand the respective e ects of temperature, strain rate as well as niobium addittion on the DDRX and PDRX mechanisms. In this study, a new topological approach of mean-field hypothesis is developed in order to allow the prediction of realistic grain size distributions
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Nalitov, Anton. "Spin dynamics ande topological effects in physics of indirect excitons and microcavity polaritons." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2015. http://www.theses.fr/2015CLF22569/document.
Анотація:
Cette thèse est consacrée à de nouveaux phénomènes en physique liées au spin et à la topologie des quasi-particules lumière-matière dans des hétérostructures. Elle est divisée en quatre parties. Chapitre 1 donne un fond nécessaire et introduit les propriétés fondamentales des polaritons et des excitons indirects dans des puits quantiques couplés. Chapitre 2 est concentré sur la dynamique de spin et sur formation de défauts topologiques dans des systèmes aux excitons indirects. Les 2 derniers chapitres considèrent les structures basées sur les microcavités. Chapitre 3 est consacré à la dynamique de spin des polaritons dans des oscillateurs paramétriques optiques. Finalement, chapitre 4 étudie les réseaux des microcavités en forme des piliers et introduit l’isolant topologique polaritoniqueThe present thesis manuscript is devoted to new phenomena in physics of light-matter quasiparticles in heterostructures, related to spin and topology. It is divided into four parts. Chapter 1 gives a necessary background, introducing basic properties of microcavity polaritons and indirect excitons in coupled quantum wells. Chapter 2 is focused on spin dynamics and topological defects formation in indirect exciton many-body systems. The last 2 chapters are related to microcavity-based structures. Chapter 3 is devoted to polariton spin dynamics in optical parametric oscillators. Finally, Chapter 4 studies pillar microcavity lattices and introduces the polariton topological insulator
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Nacenta, Mendivil Jorge P. "Imagerie directe de champ électrique par microscopie à balayage d'un transistor à électron unique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY009/document.
Анотація:
Dans le cadre de ce travail de doctorat, nous avons mis au point un nouveau microscope à balayage à transistor à électron unique (SET) qui fonctionne à très basse température (T = 50 mK) et à champs magnétiques intenses (18 T). Un SET se compose d'un petit îlot métallique relié aux électrodes de source et de drain par deux jonctions tunnel. En régime de blocage de Coulomb à basse température (T < 5 K), un champ électrique externe règle le courant circulant dans le SET. De plus, de petites variations du champ électrique entraînent de grandes variations du courant SET, ce qui fait de l'appareil un détecteur de charge très sensible, capable de détecter des charges inférieures à 0,01e. Ainsi, lorsque le SET scanne au-dessus d'une surface, il cartographie les propriétés électrostatiques de l'échantillon. Cependant, la mise en œuvre d'un microscope à balayage SET est extrêmement difficile car il combine la microscopie à sonde à balayage, les basses températures et les dispositifs nanoscopiques très sensibles. Pour cette raison, seuls quelques groupes ont réussi sa réalisation. Nos choix technologiques pour construire le microscope améliorent certains aspects par rapport aux instruments déjà existants.La percée est que nous fabriquons la sonde SET en utilisant des techniques lithographiques standard sur des plaquettes commerciales de silicium. C'est pourquoi il est possible de fabriquer des sondes SET par lots. De plus, grâce à une combinaison de techniques de découpage et de gravure, le SET est conçu très près du bord du substrat de Si (< 1 micromètre ). De cette façon, le SET peut être approché à quelques nanomètres de la surface de l'échantillon au moyen d'un contrôle de distance de force atomique. De plus, une électrode de grille fabriquée sur la sonde à proximité de l'îlot peut être utilisée pour régler le point de fonctionnement du SET. Une nouveauté de notre instrument est qu'avec cet électrode de grille et une boucle de rétroaction, nous avons cartographié directement le champ électrique local. Nous démontrons cette nouvelle méthode de balayage par rétroaction en imaginant un réseau interdigité d'électrodes à l'échelle nanométrique. De plus, le SET est un outil idéal pour l'étude de la localisation d'états électroniques. À l'avenir, notre microscope sera utilisé pour l'étude des systèmes d'électrons bidimensionnels en régime de l'effet Hall quantique, des isolants topologiques et de la transition métal-isolantIn this doctoral work, we have developed a new scanning single electron transistor (SET) microscope that works at very low temperatures (T = 50 mK) and high magnetic fields (B = 18 T). A SET consists of a small metallic island connected to source and drain electrodes through two tunnel junctions. In the Coulomb blockade regime at low temperature regime (T 5 K), an external electric field tunes the current circulating through the SET. In addition,small electric field variations lead to large SET current changes that makes the device a highly sensitive charge detector, able to detect charges smaller than 0.01 e. Thus, when the SET scans above a surface, it maps the electrostatic properties of the sample. However, the implementation of a scanning SET microscope is extremely challenging since it combines scanning probe microscopy, low temperatures and sensitive nanoscopic devices. For thisreason, only a few groups have succeeded its realization. Our technological choices to build the microscope improve certain aspects with respect to the already existing instruments. The breakthrough is that we fabricate the SET probe using standard lithographic techniques on commercial silicon wafers.For that reason, batch fabrication of SET probes is possible. Furthermore, by a combination of dicing and etching techniques, the SET is engineered extremely close to the edge of the Si chip (< 1 micrometer). In this way, the SET can be approached to a few nanometer from the sample surface by means of a atomic force distance control. Additionally, an on-probe gate electrode fabricated close to the island can be used to tune the operating point of the SET. Anovelty of our instrument is that with this on-probe gate and a feedback loop we have been able to map directly the local electric field. We demonstrate this new feedback scanning method by imaging an interdigitated array of nanometer scale electrodes. Moreover, the SET is an ideal tool for the study of the localization of electronic states. In the future, our scanning SET will be used for the study of two-dimensional electron systems in the quantum Hall regime, topological insulators and the metal insulator transition
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Nicolaï, Laurent. "Couches minces de Bi et nouveaux composants : les effets du couplage spin-orbit dans la structure électronique." Thesis, Cergy-Pontoise, 2017. http://www.theses.fr/2017CERG0913/document.
Анотація:
Dans cette thèse, nous explorons des matériaux basés sur le bismuth qui peuvent présenter des propriétés topologiques. Bi est un composant d’Isolants Topologiques identifiés qui consistent en un volume isolant tout en présentant aussi des états électroniques conducteurs en surface topologiquement protégés. En particulier, ces états de surface sont polarisés en spin et sont protégés par la symétrie du renversement du temps. L’attrait des Isolants Topologiques découle non seulement de leur intérêt évident du point de vue de la physique fondamentale, mais aussi du fait qu’ils puissent trouver une application en spintronics et dans les ordinateurs quantiques.Dans ces systèmes, le couplage spin-orbit joue un rôle central. Le couplage spin-orbit peut aussi mener à la levée de dégénérescences de Rashba ou de Dresselhaus, phénomènes découlant de la brisure en symétrie respectivement engendrée par la surface/interface d’un système ou de l’inhérente structure cristalline atomique.L’interprétation de mesures de structures de bandes dépendantes du spin, comme observées par spectroscopie par photoemission résolue en angle (et en spin), est appuyée et complémentée par des calculs ab-initio Korringa-Kohn-Rostoker de la structure électronique qui incluent tous les aspects des systèmes examinés : en particulier le couplage spin-orbit, fondamentalement compris grâce à une approche entièrement relativiste.Nous avons d’abord déposé des couches minces de Bi sur un substrat d’InAs(111). Un cristal de Bi de très bonne qualité est obtenu, confirmé par la reproduction par étude théorique des bandes électroniques mesurées. En parallèle de la croissance de la couche de Bi, nous observons que l’In et le Bi forment des cristaux d’InBi, exposant des états de surface topologiques. Nos analyses théoriques confirment que ces états de surface sont polarisés en spin.Dans la seconde partie de la thèse, Bi est utilisé comme un dopant dans InAs, donnant un alliage d’InAsBi. L’intense couplage spin-orbit apporté par le Bi génère simultanément des effets Rashba et Dresselhaus mesurables, levant par conséquence la dégénérescence des états de surface de manière complètement atypique, donnant des états non-hélicoïdaux polarisés en spinIn this thesis, we explore bismuth based materials that may exhibit topological properties. Bi is a parent compound of known Topological Insulators which consist of an insulating bulk while also presenting topologically protected conducting electronic surface states. In particular, these surface states are spin polarised and are protected by time-reversal symmetry. The dual appeal of topological insulators stems not only from their obvious interest from a fundamental physics point of view, but also from the fact that they may find use in spintronics and quantum computing.In those systems the spin-orbit coupling plays a central role. Spin-orbit coupling can also lead to the Rashba or Dresselhaus splitting, phenomena arising from the symmetry breaking respectively engendered by the surface/interface of a system or from the inherent atomic crystal structure.The interpretation of measured spin dependent band structure, as observed in (Spin-) and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy, was supported and completed by ab-initio Korringa-Kohn-Rostoker electronic structure calculations which account for all aspects of the investigated systems: in particular spin-orbit coupling, fundamentally included thanks to a fully relativistic approach.We first deposited Bi thin films onto a InAs(111) substrate. A crystal of Bi of very high quality was grown, confirmed by reproduction of the measured electronic bands by theoretical investigation. In parallel to Bi film growth, we observed that In and Bi form InBi crystals, exhibiting topological surface states. Our theoretical analyses confirm that these surface states are spin polarised.In the second part of the thesis, Bi was used as a dopant within InAs, forming an InAsBi alloy system. The strong spin-orbit coupling brought on by Bi generated simultaneously measurable Rashba and Dresselhaus effects, consequently splitting surface states in a completely atypical manner, giving non-helical spin polarised states
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Soulé, Paul. "Étude des Bords des Phases de l’Effet Hall Quantique Fractionnaire dans la Géométrie d’un Contact Ponctuel Quantique." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112215/document.
Анотація:
Dans cette thèse, je présente une étude que j'ai réalisée à l'université Paris-sud sous la direction de Thierry Jolicœur sur les phases des Hall Quantiques Fractionnaire (HQF) dans la géométrie du cylindre.Après une rapide introduction dans le premier chapitre, je présente dans le second quelques concepts de base de l'effet HQF et j'introduit certains aspects de la géométrie cylindrique.Le chapitre 3 est consacré à l'étude de la limite du cylindre fin, c'est à dire lorsque la circonférence du cylindre est de l'ordre de quelques longueurs magnétiques. Dans cette limite, on sait que la fonction d'onde de Laughlin au remplissage 1/q se réduit à un cristal unidimensionnel, où une orbitale sur q est occupée. Dans le but d'étudier un limite intermédiaire, nous conservons les quatre premiers termes du développement de l’Hamiltonien lorsque la circonférence est petite devant la longueur magnétique. On trouve alors une expression exacte de l'état fondamental au moyen d'opérateurs de "squeezing" ou de produits de matrices. Nous trouvons également une écriture similaire pour les quasi- trous, les quasi-électron et la branche magnétoroton.Dans les chapitres 4 et 5, je me concentre sur l'étude des excitations de bord chirales des phases de HQF. Je présente une étude microscopique de ces états de bord dans la géométrie du cylindre, lorsque les quasi-particules peuvent passer d'un bord à l'autre par effet tunnel. J'étudie d'abord dans le chapitre 4 la phase de HQF principale dont l'état fondamental est bien décrit par la fonction d'onde de Laughlin. Pour un échelle d'énergie plus faible que le gap du volume, le théorie effective est donnée par un fluide d'électrons unidimensionnel bien particulier : un liquide de Luttinger chiral. À l'aide de diagonalisations numériques exactes, nous étudions le spectre des états de bord formé de le combinaison des deux bord contre-propageant sur chacun des cotés du cylindre. Nous montrons que les deux bords se combinent pour former un liquide de Luttinger non-chiral, où le terme de courant reflète le transfert de quasi-particules entre les bords. Cela nous permet d'estimer numériquement les paramètre de Luttinger pour un faible nombre de particules, et nous trouvons une valeur cohérente avec la théorie de X. G. Wen.J'analyse ensuite dans le chapitre 5 les modes de bord des phases de HQF au remplissage 5/2. À partir une construction basée sur la Théorie des Champs Conformes (TCC), Moore et Read (Nucl. Phys. B, 1991) ont proposé que la physique essentielle de cette phase soit décrite par un état apparié de fermion composites. Une propriété importante de cet état est que ses excitations émergentes permutent sous une statistique non-abéliène. Lorsqu'elles sont localisées sur les bords, ces excitations sont décrites par un boson chiral et un fermion de Majorana. Dans la géométrie du cylindre, nous montrons que le spectre des excitations de bord est fomé des tours conformes du modèle IsingxU(1). De plus, par une méthode Monte-Carlo, nous estimons les différentes dimensions d'échelle sur des grands systèmes (environ 50 électrons), et nous trouvons des valeurs en accord avec les prédictions de la TCC.Dans le dernier chapitre de ce manuscrit, je présente un travail que j'ai réalisé à UBC (Vancouver) en collaboration avec Marcel Franz sur les phase de Hall quantiques de spin induites dans le graphène par des adatomes. Dans ce système, les adatomes induisent un couplage spin-orbite sur les électrons des la feuille de graphène et introduisent du désordre qui est susceptible de détruire le gap spectral. Nous montrons dans ce chapitre que le gap spectral est préservé lorsque des valeurs réalistes de paramètres sont usités. De plus, au moyen de calculs analytiques à base énergie et de diagonalisations numériques exactes, nous identifions un signal caractéristique dans la densité d'états locale mettant en évidence la présence d'un gap topologique. Ce signal pourrait être observé au moyen d'un microscope à effet tunnelI present in this thesis a study that I did in the university Paris-sud under the supervision of Thierry Jolicœur onto Fractional Quantum Hall (FQH) phases in the cylinder geometry. After a short introduction in the first chapter, I present some basic concept relative to the FQH effect in the second one and introduce some essential features relative to the cylinder geometry, useful for the chapters 3, 4, and 5. The chapter 3 is dedicated to the study of the thin cylinder limit, i.e. when the circumference of the cylinder is of the order of a few magnetic length. In this limit, it is known that the Laughlin wave function at the filling factor 1/q is reduced to a one dimensional crystal in the lowest Landau level orbitals where one every q orbitals is occupied. We Taylor expand the Hamiltonian when the circumference is small compare to the magnetic length in order to study an intermediate limit. When only the first four terms of the development are kept, it is possible to find exact representations of the ground state with "squeezing" operators or matrix products. We also find similar representations for quasiholes, quasielectrons and the magnetorton branch. These results have been published in the article Phys. Rev. B 85, 155116 (2012). In the chapter 4 and 5 I focus onto the gapless chiral edge excitations of FQH phases. I present a microscopic study of those edges states in the cylindrical geometry where quasiparticles are able to tunnel between edges. I first study the principal FQH phase at the filling fraction 1/3 whose ground state is well described by the Laughlin wave function in the chapter 4. For an energy scale lower than the bulk gap, the effective theory is given by a very peculiar one dimensional electron fluid localized at the edge: a chiral Luttinger liquid. Using numerical exact diagonalizations, we study the spectrum of edge modes formed by the two counter-propagating edges on each side of the cylinder. We show that the two edges combine to form a non-chiral Luttinger liquid, where the current term reflects the transfer of quasiparticles between edges. This allows us to estimate numerically the Luttinger parameter for a small number of particles and find it coherent with the one predicted by X. G. Wen theory. We published this work in Phys. Rev. B 86, 115214 (2012). I then analyze edge modes of the FQH phase at filling fraction 5/2 in the chapter 5. From a Conformal Field Theory (CFT) based construction, Moore and Read (Nucl. Phys. B, 1991) proposed that the essential physics of this phase is described by a paired state of composite fermions. A striking property of this state is that emergent excitations braid with non-Abelian statistics. When localized along the edge, those excitations are described through a chiral boson and a Majorana fermion. In the cylinder geometry, we show that the spectrum of edge excitations is composed of all conformal towers of the IsingxU(1) model. In addition, with a Monte Carlo method, we estimate the various scaling dimensions for large systems (about 50 electrons), and find them consistent with the CFT predictions.In the last chapter of my manuscript, I present a work that I did in UBC (Vancouver) in collaboration with Marcel Franz onto quantum spin Hall phases in graphene induced by adatoms. In this system, adatoms induce a spin orbit coupling for electrons in the graphene sheet and create some disorder which might be responsible for destruction the spectral gap. We show in this chapter and in the article [Phys. Rev. B 89, 201410(R) (2014)] that the spectral gap remains open for a realistic range of parameters. In addition, with analytical computations in the low energy approximation and numerical exact diagonalizations, we find characteristic signal in the local density of states highlighting the presence of topological gap. This signal might be observed in scanning tunneling spectroscopy experiments
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Bleu, Olivier. "Physics of quantum fluids in two-dimensional topological systems." Thesis, Université Clermont Auvergne (2017-2020), 2018. http://www.theses.fr/2018CLFAC044/document.
Анотація:
Cette thèse est consacrée à la description de la physique à une particule ainsi qu'à celle de fluides quantiques bosoniques dans des systèmes topologiques. Les deux premiers chapitres sont introductifs. Dans le premier, nous introduisons des éléments de théorie des bandes et les quantités géométriques et topologiques associées : tenseur métrique quantique, courbure de Berry, nombre de Chern. Nous discutons différents modèles et réalisations expérimentales donnant lieu à des effets topologiques. Dans le second chapitre, nous introduisons les condensats de Bose-Einstein ainsi que les excitons-polaritons de cavité.La première partie des résultats originaux discute des phénomènes topologiques à une particule dans des réseaux en nid d'abeilles. Cela permet de comparer deux modèles théoriques qui mènent à l'effet Hall quantique anormal pour les électrons et les photons dû à la présence d'un couplage spin-orbite et d'un champ Zeeman. Nous étudions aussi l'effet Hall quantique de vallée photonique à l'interface entre deux réseaux de cavités avec potentiels alternés opposés.Dans une seconde partie, nous discutons de nouveaux effets qui émergent due à la présence d'un fluide quantique interagissant décrit par l’équation de Gross-Pitaevskii dans ces systèmes. Premièrement, il est montré que les interactions spin anisotropes donnent lieu à des transitions topologiques gouvernées par la densité de particules pour les excitations élémentaires d’un condensat spineur d’exciton-polaritons.Ensuite, nous montrons que les tourbillons quantifiés d'un condensat scalaire dans un système avec effet Hall quantique de vallée, manifestent une propagation chirale le long de l'interface contrairement aux paquets d'ondes linéaires. La direction de propagation de ces derniers est donnée par leur sens de rotation donnant lieu à un transport de pseudospin de vallée protégé topologiquement, analogue à l’effet Hall quantique de spin.Enfin, revenant aux effets géométriques linéaires, nous nous sommes concentrés sur l’effet Hall anormal. Dans ce contexte, nous présentons une correction non-adiabatique aux équations semi-classiques décrivant le mouvement d’un paquet d’ondes qui s’exprime en termes du tenseur géométrique quantique. Nous proposons un protocole expérimental pour mesurer cette quantité dans des systèmes photonique radiatifsThis thesis is dedicated to the description of both single-particle and bosonic quantum fluid Physics in topological systems. After introductory chapters on these subjects, I first discuss single-particle topological phenomena in honeycomb lattices. This allows to compare two theoretical models leading to quantum anomalous Hall effect for electrons and photons and to discuss the photonic quantum valley Hall effect at the interface between opposite staggered cavity lattices.In a second part, I present some phenomena which emerge due to the interplay of the linear topological effects with the presence of interacting bosonic quantum fluid described by mean-field Gross-Pitaevskii equation. First, I show that the spin-anisotropic interactions lead to density-driven topological transitions for elementary excitations of a condensate loaded in the polariton quantum anomalous Hall model (thermal equilibrium and out-of-equilibrium quasi-resonant excitation configurations). Then, I show that the vortex excitations of a scalar condensate in a quantum valley Hall system, contrary to linear wavepackets, can exhibit a robust chiral propagation along the interface, with direction given by their winding in real space, leading to an analog of quantum spin Hall effect for these non-linear excitations. Finally, coming back to linear geometrical effects, I will focus on the anomalous Hall effect exhibited by an accelerated wavepacket in a two-band system. In this context, I present a non-adiabatic correction to the known semiclassical equations of motion which can be expressed in terms of the quantum geometric tensor elements. We also propose a protocol to directly measure the tensor components in radiative photonic systems
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Vilamot, Raphaël. "Optimisation de la configuration magnétique d'un propulseur à effet Hall par résolution du problème magnétostatique inverse." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2012. http://oatao.univ-toulouse.fr/14668/1/vilamot.pdf.
Анотація:
Les travaux effectués lors de cette thèse portent sur l'optimisation de la configuration magnétique des propulseurs à effet Hall. Ceci regroupe deux objectifs: d'une part la réalisation d'un propulseur à effet Hall dont la topologie magnétique est entièrement paramétrable, ce qui constituera un outil précieux pour l'étude de l'impact du champ magnétique sur le fonctionnement du propulseur et d'autre part, l'étude de moyen de conception rationalisée de circuits magnétiques pour ces mêmes propulseurs. Le premier sujet a conduit à la réalisation du PPS-Flex, un propulseur proposant une structure de circuit magnétique innovante offrant un grand nombre de degrés de liberté en termes de réglage du champ magnétique produit. La deuxième thématique a quant à elle été abordée en s'appuyant sur des méthodes d'optimisation (paramétrique et topologique) permettant d'aboutir à un circuit magnétique optimal pour un ou plusieurs critères de conception (fidélité du champ magnétique généré, minimisation de la masse, du volume total, etc.)
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Rocher, Jonathan. "Contraintes cosmologiques sur la physique de l'univers primordial." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011226.
Анотація:
Cette thèse présente plusieurs aspects de l'interaction entre la physique des hautes énergies et la cosmologie. Elle étudie en détail les prédictions d'une classe de théories de physique des particules au-delà du Modèle Standard concernant la formation des défauts topologiques (cordes cosmiques en particulier). Ce cadre de travail permet aussi de définir des modèles d'inflation bien motivés qui sont eux aussi étudiés. Dans le cadre des théories de Grande Unification supersymétrique, on construit une classe de modèles en accord avec la phénoménologie de la physique des particules et les observations de la cosmologie. Ces modèles doivent en particulier être en accord avec les mesures sur la durée de vie du proton, doivent expliquer les oscillations des neutrinos, et l'asymétrie matière/antimatière. Une phase d'inflation hybride doit, par ailleurs, permettre de résoudre les problèmes de la cosmologie. Dans ce cadre motivé, la généricité de la formation des cordes cosmiques est démontrée. Ces cordes sont stables et génériquement formées à la fin de la dernière phase d'inflation. Cela montre qu'elles sont très massives et ont un rôle potentiellement important dans la génération des fluctuations de température du fond diffus cosmologique. Comme les observations cosmologiques indiquent une rôle faible voire négligeable, cela contraint fortement les modèles théoriques. Une étude de la contribution relative de ces cordes cosmiques aux anisotropies de température pour les deux modèles standards d'inflation hybride supersymétrique permet de montrer qu'ils sont tous deux en accord avec les observations, contrairement à ce que l'on pensait. Les contraintes fortes sur la contribution admissible des cordes aux CMB se traduisent alors en contraintes fortes sur tous les paramètres des modèles inflationnaires : constantes de couplage et échelle d'énergie de l'inflation. A la lumière de ces nouvelles contraintes, il devient possible de s'exprimer quant à l'aspect naturel de ces théories. On montre ainsi qu'ils souffrent de la nécessité d'ajuster finement leurs constantes de couplage : ceci est définitivement reconnu comme non naturel.
La contrainte sur la phase inflationnaire est aussi étudiée du point de vue de l'extraction de ses paramètres à partir des données d'expériences futures d'observation de la polarisation du CMB. Des outils statistiques permettant de mesurer les paramètres cosmologiques et d'estimer l'erreur sur ces estimations sont numériquement implémentés. L'effet de lentille gravitationnelle sur ces outils est ensuite étudié analytiquement et numériquement. Cela permet de valider l'approximation usuelle qui consiste à négliger l'effet de lentille sur la non gaussianité des données du CMB, à travers leur fonction de corrélation à quatre points.
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Walter, Jean-Charles. "Etude numérique des corrections d'échelle au comportement dominant à l'équilibre et hors de l'équilibre." Phd thesis, Université Henri Poincaré - Nancy I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00440099.
Анотація:
La première partie a pour sujet le comportement à l'équilibre du modèle d'Ising pour d>4. Dans un premier temps, nous étudions le comportement thermique dans le cadre du comportement d'échelle étendu. Par interpolation de données numériques en dimensions cinq à huit, nous obtenons un développement décrivant la susceptibilité dans toute la phase haute température. Dans un second temps, nous étudions les effets de taille finie. Les résultats numériques obtenus pour le modèle d'Ising 5d sont compatibles avec une croissance anormale de la longueur de corrélation pour des conditions de bords libres. La seconde partie a pour sujet le vieillissement dans les systèmes de spins 2d complètement frustrés. Dans un premier temps, nous étudions le vieillissement du modèle d'Ising complètement frustré 2d lors d'une trempe depuis la phase haute température jusqu'à la température critique. La présence de défauts topologiques, comme pour le modèle XY, se manifeste par des corrections logarithmiques lors de la croissance de la longueur caractéristique. Dans un second temps, nous étudions le vieillissement du modèle XY complètement frustré 2d. Lors d'une trempe depuis l'état fondamental jusque dans la ligne critique, le vieillissement des spins est bien décrit par les ondes de spins. Lors d'une trempe depuis la phase haute température jusqu'à la température BKT pour les spins et jusqu'à la température de brisure de symétrie de la chiralité, nous estimons les grandeurs universelles des deux variables. Les résultats pour la chiralité sont incompatibles avec la classe d'universalité du modèle d'Ising 2d. Des corrections logarithmiques sont également présentes.
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Murani, Anil. "Supraconductivité par effet de proximité dans des nanofils de bismuth monocrystallins." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS093/document.
Анотація:
La supraconductivité par effet de proximité est un phénomène apparaissant à basse températures qui confère des propriétés supraconductrices à un métal normal cohérent de phase connecté à des électrodes supraconductrices. C'est aussi un outil puissant de la physique mésoscopique, car il est sensible aux différents régimes de transport à basse température. En particulier, nous avons utilisé cet effet afin de révéler les propriétés électroniques spéciales de nanofils de Bi monocrystallins. Dans ce système, le transport est dominé par la surface. De plus, la présence de fort couplage spin-orbite dans le Bi à basse dimension influence profondément sa structure de bande : la bicouche de Bi orienté selon la direction (111) a été prédite d'être isolante dans le volume, mais conductrice sur les bords. Cet effet, appelé l'effet Hall quantique de spin donne lieu a deux états chiraux contra-propageants, qui sont insensibles au désordre tant que la symétrie par renversement du temps est préservée.A travers l'observation de la robustesse du courant critique à fort champ magnétique dans plusieurs échantillons, en même temps que des intérférences de type SQUID à bas champ magnétique, nous avons montré l'existence d'états de bord 1D portant le supercourant. La mesure de la relation courant-phase grâce à la technique de SQUID asymétrique sur un nanofil caractérisé auparavant a été réalisée et démontre que ces canaux sont en fait balistiques. Ces résultats sont compatibles avec des simulations de type liaisons fortes, qui étendent les résultats connus pour la bicouche de Bi (111) aux systèmes de type nanofil. L'ajout d'un champ Zeeman dans le plan permet d'observer des transitions 0-π, révélant ainsi des croisements de niveaux induits par la séparation en spin des états d'Andreev. Enfin, des mesures de la susceptibilité dynamique de ce système via des mesures de spectroscopie micro-onde ont été mises en place, et pourraient démontrer de manière univoque la propriété de protection topologique contre le désordre, d'après nos simulations numériquesThe superconducting proximity effect is a phenomenon occurring at low temperatures that conveys superconducting properties to a phase coherent normal metal sample connected to superconducting electrodes. It is also a powerful tool in mesoscopic physics because it is sensitive to different transport regimes at low temperatures. In particular, we have used this effect to reveal the special electronic transport properties of single crystal Bi nanowires. In this system, the transport is dominated by surface states. Moreover, the presence of strong spin-orbit coupling in Bi at low dimensions deeply influences its electronic structure : it was predicted that (111) oriented Bi bilayer are insulating in the bulk, but conducting along the edges. This so called Quantum Spin Hall Effect (QSHE), gives rise to counterpropagating chiral edge states, that are protected against disorder as long as time reversal symmetry is present.Through the observation of the resilience of the critical current in several samples at high magnetic field, along with SQUID-like interference pattern at low magnetic field, we showed the existence of supercurrent carrying 1D edge states. The measurement of the current-phase relation using the asymetric SQUID technique on a previously characterized nanowire was realized and further demonstrates that these edge states are ballistic. These findings are consistent with tight-binding simulations that extend the known results for (111) Bi bilayer to nanowire-like system. The addition of an in-plane Zeeman field allows one to observe 0-π transitions, thereby revealing spin-splitting induced Andreev level crossings. Finally, microwave spectroscopy measurement of the dynamical susceptibility in this system are initiated, that could reliably demonstrate the property of protection against disorder according to numerical simulations.By exploring Bi at low dimensions, this thesis paves the way towards the exploration of electronic states fully protected from disorder
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Wang, Hangtian. "Interfacial Engineering of the Magnetism in 2D Magnets, Topological Insulators, and Their Heterostructures." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0206.
Анотація:
Alors que le nœud critique des circuits intégrés (CI) entre dans la phase 1 nm, les matériaux tridimensionnels traditionnels ne peuvent pas conserver leurs propriétés physiques d'origine et ne peuvent donc pas répondre aux besoins des processus de fabrication des circuits intégrés. Parallèlement, la diminution de la largeur des lignes entraîne également une augmentation inévitable de la consommation d'énergie statique. Par conséquent, la recherche de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies pour briser le « mur de taille » et le « mur de puissance » est devenue une direction cruciale dans l'industrie des circuits intégrés. En tant que nouveau membre de la famille des matériaux bidimensionnels (2D), les aimants 2D peuvent maintenir leur ordre magnétique à longue portée à l'échelle atomique avec leurs propriétés physiques facilement contrôlées par des stimuli externes, ce qui constitue une plate-forme idéale pour la haute densité et les dispositifs spintroniques de faible puissance. Cependant, en raison de l'effet dimensionnel, le magnétisme 2D ne peut pas exister à haute température. Bien que plusieurs méthodes puissent améliorer la température de Curie (Tc) des aimants 2D (comme le dopage, l'intercalation ionique ou le pompage laser), elles sont loin d'être faciles à contrôler et à haut rendement. Plus important encore, la méthode de préparation largement utilisée par exfoliation mécanique abandonne le mérite de l'effet interfacial 2D, qui s'est avéré être une approche importante pour une manipulation magnétique 2D efficace. Par conséquent, l'étude de l'effet interfacial dans les aimants 2D épitaxiaux est considérée comme un domaine clé pour obtenir un ordre ferromagnétique 2D stable, à grande échelle, à haute Tc, facile à contrôler. L'isolant topologique (TI) est un autre matériau 2D avec un fort couplage spin-orbital. Les états de surface protégés par la topologie ont fourni à TI de nombreux effets fascinants liés au spin, tels que le verrouillage de l'impulsion de spin, l'effet d'échange de spin, etc., ce qui fait de ce matériau un candidat potentiel pour fabriquer des dispositifs spintroniques efficaces. De plus, le TI peut être intégré à des aimants 2D pour former une hétérostructure 2D, dans laquelle non seulement le magnétisme peut être amélioré via l'effet d'interface, mais également les propriétés liées au spin de l'hétérostructure peuvent être manipulées grâce aux avantages de ces aimantsWith the critical node of integrated circuits (IC) entering the 1 nm stage, traditional three-dimensional materials cannot maintain their original physical properties, and thus cannot meet the needs of IC manufacturing processes. Meanwhile, the shrinking line width also introduces an inevitable increase in static power consumption. Therefore, researching new materials and new technologies to break through the "Size Wall" and "Power Wall" has become a crucial direction in the IC industry. As a new member of the two-dimensional (2D) material family, the 2D magnets can maintain its long-range magnetic order at the atomic scale with its physical properties easily controlled by external stimuli, which provides an ideal platform for the high-density and low-power spintronic devices. However, due to the dimensional effect, 2D magnetism cannot exist at high temperatures. Although several methods can enhance the Curie temperature (Tc) of 2D magnets (such as doping, ion intercalation, or laser pumping), they are far from easy-controllability and high-efficiency. More importantly, the widely-used preparation method via mechanical exfoliation abandons the merit of 2D interfacial effect, which was proved to be an important approach to efficient 2D magnetic manipulation. Therefore, studying the interfacial effect in epitaxial 2D magnets is regarded as a key field to achieving large-scale, high-Tc, easy-controlling, and stable 2D ferromagnetic order. Topological insulator (TI) is another 2D material with strong spin-orbital coupling. The topology-protected surface states provided TI with numerous fascinates spin-related effects, such as spin-momentum locking, spin exchange effect, etc., which makes this material a potential candidate to fabricate effective spintronic devices. In addition, the TI can be integrated with 2D magnets to form a 2D heterostructure, in which not only the magnetism can be enhanced via the interfacial effect, but also the spin-related properties of the heterostructure can be manipulated due to the advantages of these two materials
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Sterdyniak, Antoine. "Etude de l'intrication dans l'effet Hall quantique fractionnaire." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00967926.
Анотація:
Depuis une trentaine d'années, les phases topologiques ont suscité un intérêt important parce qu'elles ne peuvent être comprises dans le cadre de la théorie de Landau des transitions de phases. Par définition, ces phases ne peuvent être distingués des phases triviales par une mesure locale et il est donc difficile de les identifier. Parmi les différentes techniques utilisées pour identifier les phases topologiques, les mesures d'intrication, introduites dans le cadre de l'informatique quantique, se sont révélées fructueuses. Li et Haldane ont proposé d'utiliser le spectre d'intrication : il s'agit du spectre de la matrice densité réduite obtenue lors d'un découpage du système en deux sous-parties. Ils ont montré que, pour les états modèles de l'effet Hall quantique fractionnaire, le comptage des états du spectre d'intrication possède une partie universelle dont le comptage est relié à celui des excitations de bord du système. Au cours de ma thèse, j'ai cherché à comprendre ce que permettait d'obtenir le spectre d'intrication appliqué aux phases de l'effet Hall quantique fractionnaire qui est l'exemple typique de phases topologiques en interaction forte. Mes premiers travaux ont consisté à étudier le spectre d'intrication, tel que l'avait défini Li et Haldane. J'ai ainsi montré qu'au-delà des états modèles il était possible de définir un gap d'intrication. J'ai aussi relié les structures au-dessus du gap d'intrication aux excitations de type quasitrous-quasiparticules. Par la suite, j'ai défini deux autres spectres d'intrication qui repose sur des découpages différents du système. Le spectre d'intrication par particule permet d'accéder à d'autres excitations de type quasitrous alors que le spectre d'intrication géométrique règle un certain nombre de problèmes que la définition de Li et Haldane posait. Enfin, j'ai utilisé ces outils pour identifier les phases, similaires à celles de l'effet Hall quantique fractionnaire, émergentes pour un gaz de bosons dans un réseau optique ou dans les isolants de Chern fractionnaires.
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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.
Анотація:
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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Ben, terdayet Insaf. "Étude de l'influence de la matrice sur le processus d'inférence de source des liquides inflammables par une approche chimiométrique non ciblée." Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2023. http://www.theses.fr/2023UPSLC013.
Анотація:
L'identification de l'auteur d'un incendie criminel est un réel défi pour les investigations criminelles puisque les traces physiques associant un criminel à cette typologie de scène de crime sont souvent détruites par le feu ou les procédures d'extinction. Mais si des traces du liquide inflammable (accélérant) potentiellement utilisé sont retrouvées, une démarche dite d'inférence de source pourrait être envisagée. L'inférence de source est un processus de comparaison qui vise à évaluer la possible association, ou source commune, entre deux (traces de) liquides inflammables inconnus, en particulier entre la trace d'un liquide extrait d'un prélèvement réalisé sur le lieu de l'incendie et un liquide retrouvé en dehors de cette scène (jerrican trouvé à proximité, vêtements d'un suspect...). Si des travaux antérieurs ont montré qu'il était possible de relier deux liquides inflammables altérés ou non partageant une source commune par inférence de source grâce à un algorithme de calcul de similarité, il reste difficile d'étendre ce principe aux résidus liquides inflammables présents dans les débris d'incendie fréquemment reçus au laboratoire. Dans ce travail, nous proposons d'étudier la contribution des matrices au problème de l'inférence de la source en utilisant des méthodes chimiométriques multivariées développées précédemment. Le choix de la matrice s'est porté sur les vêtements, peu étudiés jusqu'à présent, mais souvent trouvés sur les lieux d'incendie. L'approche a ainsi été appliquée à un échantillonnage restreint d'essences non altérées et une matrice non dégradée, puis à un échantillonnage plus large d'essences altérées par évaporation sur une matrice non dégradée puis altérées par combustion simultanément sur cette même matrice. L'évaluation des résultats obtenus a validé l'hypothèse générale selon laquelle il est possible de lier des échantillons d'essences altérés ou non, indépendamment du mode de l'altération par évaporation ou par combustion et en présence des effets matricielsIdentifying the perpetrator of arson is a real challenge of criminal investigation since the physical traces associating a perpetrator with this type of crime scene are often destroyed by fire or extinguishing procedures. If an ignitable liquid was used to start the fire, and its residual presence can be detected, a source inference approach with other ignitable liquids is likely to provide investigative or evidentiary support. Source inference is a process of association, a method that consists of evaluating the possible common source between two unknown (traces of) ignitable liquids, in particular between a trace of a liquid extracted from a sample taken at the scene of the fire and a liquid found outside the scene (jerrycan found nearby, suspect's clothing...). While previous work has shown that it is possible to link two altered or unaltered ignitable liquids sharing a common source by source inference thanks to similarity calculation algorithm, it remains difficult to extend this to ignitable liquid residues in fire debris frequently received at the laboratory. In this work, we propose to study the contribution of matrices to the problem of source inference, using multivariate chemometric methods developed previously. The matrix chosen was clothing, little studied until now, but often found at fire scenes. The approach was then applied to a reduced sampling of unaltered gasoline and an undegraded matrix, followed by a substantial sampling of gasoline altered by evaporation on an undegraded matrix and then altered by combustion simultaneously on the same matrix. Evaluation of the results obtained validated the general hypothesis that it is possible to link weathered and unweathered gasoline samples, independently of the mode of weathering by evaporation or combustion and in the presence of matrix effects
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Refai, Khalil. "Effet de la méso-architecture sur le comportement en fatigue des structures lattices optimisées obtenues par fabrication additive." Thesis, Paris, HESAM, 2020. http://www.theses.fr/2020HESAE028.
Анотація:
Une approche numérique est proposée pour évaluer la résistance en fatigue à grand nombre de cycles des structures cellulaires périodiques produites par SLM sous des chargements multiaxiaux. Le modèle est basé sur un schéma général d'homogénéisation numérique et une description explicite de la cellule élémentaire combinée à une analyse des valeurs extrêmes utilisant un paramètre indicateur de fatigue basé sur le critère de Crossland. De plus, l'écart géométrique et la rugosité de surface sont caractérisés expérimentalement et prisent en compte dans le modèle numérique en utilisant trois méthodes qui sont comparées à la résistance en fatigue expérimentale. L'optimisation topologique (OT) repousse encore plus loin les limites de la liberté de conception. Dans notre étude, l'OT a été développée pour prévenir les défaillances dues à la fatigue en utilisant la méthode SIMP reformulée dans le cadre mathématique des fonctions NURBS (Non-Uniform Rational BSpline)A numerical approach is proposed to assess the high cycle fatigue strength of periodic cellular structures produced by SLM under multiaxial loads. The model is based on a general numerical homogenisation scheme and an explicit description of the Elementary Cell combined to an extreme values analysis making use of a fatigue indicator parameter based on Crossland’s criterion. Also, geometric discrepancy and surface roughness are experimentally characterised and considered in the numerical model using three methods which are compared to the experimental fatigue strength. Topology optimisation (TO) pushes the boundaries of design freedom even further. In our study, Topology Optimisation was developed to prevent fatigue failure using SIMP method revisited and reformulated within the mathematical framework of Non-Uniform Rational BSpline functions
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Virot, François. "Etude théorique de matériaux pour la spintronique." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4816/document.
Анотація:
Ce mémoire présente les travaux réalisés durant ces trois années de thèse. Ils se sont orientés autour de l'étude des propriétés électroniques et magnétiques des matériaux pour la spintronique. Ce domaine d'avenir doit encore trouver les matériaux adaptés qui permettraient de réaliser les concepts liés à la spintronique. Nos résultats sont les suivants. Nous avons proposé un nouveau modèle qui décrit l'arrangement magnétique dans les couches minces ferromagnétiques possédant une anisotropie uniaxiale. Le modèle apporte une meilleure description des largeurs de domaine en fonction de l'épaisseur ainsi qu'une bonne estimation de l'épaisseur critique à partir de laquelle les domaines de Weiss ne sont plus stables. L'ensemble d'équations en unité réduite découlant du modèle apporte quant à lui un outil supplémentaire aux expérimentateurs. L'étude ab-Initio fait sur les semi-Conducteurs magnétiques dilués à mis en évidence l'importance de la corrélation forte et de l'effet Jahn-Teller dans les matériaux tel que le (Ga,Mn)N et le (Zn,Cr)S. Ces calculs confirment l'ensemble des données expérimentales existantes sur le (Ga,Mn)N. La modélisation analytique apporte un complément aux calculs ab-Initio en faisant le lien entre les paramètres expérimentaux et la théorie de Vallin, très largement utilisée pour interpréter les mesures optiques du (Zn,Cr)S. Nos calculs ab-Initio ont montré que le métacinabre est un isolant topologique robuste, qui se distingue par la présence d'un cône de Dirac extrêmement anisotrope. Les effets de passivation à l'hydrogène influencent les états de surface des isolants topologiques de la série HgX (X : S, Se, Te)This thesis contains the scientific work of three years. The main topic can be defined as follows : study of electronic and magnetic properties of materials for spintronics. That technology of the future has still to find the necessary materials to realize new concepts. Our results are the following : We propose a new model to describe the magnetic configuration in thin ferromagnetic film with uniaxial anisotropy. It gives a better description of domain widths in function of film thickness and permits to obtain a good evaluation of the critical thickness where domains of Weiss type are no longer stable. The set of equations in reduced units is a useful tool to analyze experimental data. The ab-Initio study of diluted magnetic semiconductors has demonstrated the combined effect of strong correlations and Jahn-Teller distortion in (Ga,Mn)N and (Zn,Cr)S. The calculations confirm the experimental results of (Ga,Mn)N. We develop an analytical model that is complementary to the ab-Initio calculations and permits to create a link between several experimental parameters, the ab-Initio calculations and the former theory of Vallin. It has been used to interpret the optical measurements of (Zn,Cr)S. Our ab-Initio studies show that metacinnabar is a strong topological insulator with one peculiarity, it has a highly anisotropic Dirac cone. The passivation with hydrogen atoms influences the surface states of the topological insulator in the series HgX (X : S, Se, Te). When the dangling bonds are saturated by hydrogen, the trivial surface states disappear
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Delplace, Pierre. "ÉTATS DE BORD ET CÔNES DE DIRAC DANS DES CRISTAUX BIDIMENSIONNELS." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00607781.
Анотація:
Cette thèse en physique constitue une étude théorique des états de bord dans des cristaux bidimensionnels qui exhibent deux cônes de Dirac (dégénérés en spin) dans leur relation de dispersion. Les deux systèmes considérés sont le graphène d'une part, et le réseau carré traversé d'un demi quantum de flux magnétique d'autre part. L'accent est mis sur la description analytique des niveaux d'énergie dispersifs sous fort champ magnétique (régime de l'effet Hall quantique), à l'approche du bord. Selon la géométrie du réseau cristallin et la forme du bord considéré, différents types de couplage sont induits sur les composantes de la fonction d'onde, donnant lieu à des structures d'états de bord différentes mais qui peuvent néanmoins être décrites de façon communes. En l'absence de champ magnétique, des états de bord peuvent également exister dans ces systèmes, mais ceux-ci ont une origine différente et leur existence même dépend de la nature des bords. Dans le cas du graphène, on montre comment comprendre l'existence de tels états en terme d'une phase de Berry particulière, appelée phase de Zak. Cette approche permet entre autre de comprendre comment manipuler ces états de bord en induisant une transition topologique de la phase de Zak à partir des paramètres de volume. Un autre type de transition topologique est également étudié. Il s'agit de la fusion des cônes de Dirac dans le réseau carré à demi flux. On montre que le mécanisme donnant lieu à ce phénomène est totalement différent de celui connu dans le graphène, et que le voisinage de la transition peut toutefois être décrit avec le même Hamiltonien effectif. Une partie plus courte traite de la localisation faible sur un cylindre désordonné en présence d'interactions électroniques. Le but de cette étude est d'illustrer le rôle de la géométrie sur les mécanismes de décohérence dus aux interactions électron-électron dans les systèmes diffusifs. Les harmoniques de la correction de localisation faible alors calculées mettent en évidence différents régimes qui permettent de sonder les différentes échelles de longueur caractérisant la décohérence. Ces longueurs révèlent la sensibilité des processus cohérents à la géométrie, et sont caractérisées par des lois de puissance en température spécifiques.
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Mostefaoui, Imene Meriem. "Analyse mathématique d’un système dynamique/réaction-diffusion modélisant la distribution des bactéries résistantes aux antibiotiques dans les rivières." Thesis, La Rochelle, 2014. http://www.theses.fr/2014LAROS020/document.
Анотація:
L'objectif de cette thèse est l'étude qualitative de certains modèles de la dynamique et la distribution des bactéries dans une rivière. Il s'agit de la stabilité des états stationnaires et l'existence des solutions périodiques. Nous considérons, dans la première partie de la thèse, un système d'équations différentielles ordinaires qui modélise les interactions et la dynamique de quatre espèces de bactéries dans une rivière. Nous avons étudié le comportement asymptotique des états stationnaires. L'étude de la stabilité des états stationnaires est essentiellement faite par la construction d'une fonction de Lyapunov combinée avec le principe d'invariance de LaSalle. D'autre part, l'existence des solutions périodiques est démontrée en utilisant le théorème de continuation de Mawhin. La deuxième partie de la thèse est consacrée à l'étude d'un système de convection-diffusion non-autonome. Ce modèle tient compte du transport des bactéries. Nous étudions l'analyse qualitative des solutions, nous déterminons l'ensemble limite du système et nous démontrons l'existence des états stationnaires positifs. L'étude de l'existence des états stationnaires (les seuls qu'il soit possible d'obtenir) est basée sur le théorème de Leray-SchauderThe objective of this thesis is the qualitative study of some models of the dynamic and the distribution of bacteria in a river. We are interested in the stability of equilibria and the existence of periodic solutions. The thesis can be divided into two parts; the first part is concerned with a mathematical analysis of a system of differential equations modelling the dynamics and the interactions of four species of bacteria in a river. The asymptotic behavior of equilibria is established. The stability study of equilibrium states is mainly done by construction of Lyapunov functions combined with LaSalle's invariance principle. On the other hand, the existence of periodic solutions is proved under certain conditions using the continuation theorem of Mawhin. In the second part of this thesis, we propose a non-autonomous convection-reaction diffusion system with nonlinear reaction source functions. This model refers to the quantification and the distribution of antibiotic resistant bacteria (ARB) in a river. Our main contributions are : (i) the determination of the limit set of the system; it is shown that it is reduced to the solutions of the associated elliptic system; (ii) sufficient conditions for the existence of a positive solution of the associated elliptic system based on the Leray Schauder's degree theory
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Leriche, Raphaël. "Unconventional superconductivity in quasi-2D materials with strong spin-orbit coupling." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS577.
Анотація:
La réalisation de supraconducteurs topologiques constitue un des principaux enjeux actuels de la physique de la matière condensée. Il a en effet été prédit que ces systèmes devaient abriter des fermions de Majorana. Ces fermions de Majorana disposent à la fois d’une statistique non-abélienne et, du fait de leur origine topologique, d’une robustesse face au désordre local, ce qui les rend très attrayants pour des applications en informatique quantique. Une approche susceptible de conduire à de la supraconductivité topologique consiste à considérer des systèmes supraconducteurs à fort couplage spin-orbite et brisant la symétrie d’inversion. C’est dans cette optique que, dans le cadre de cette thèse, j’ai effectué des mesures de microscopie et spectroscopie par effet tunnel sur des matériaux quasi-bidimensionnels : (LaSe)1,14(NbSe2)2 et Sr2IrO4.J’ai tout d’abord étudié les propriétés électroniques du matériau incommensurable (LaSe)1,14(NbSe2)2, proche parent du composé dichalcogénure de métaux de transition 2HNbSe2. (LaSe)1,14(NbSe2)2 est une hétérostructure faite d’alternances de biplans NbSe2 à géométrie prismatique trigonale et de biplans de LaSe avec une structure de sel de roche. Le fort couplage spin-orbite ainsi que la non-centrosymétrie présents dans les plans NbSe2 font de (LaSe)1,14(NbSe2)2 un potentiel candidat pour de la supraconductivité topologique. Dans cette thèse, je présente des résultats de spectroscopie montrant que la structure électronique de (LaSe)1,14(NbSe2)2 est similaire à celle de la monocouche de NbSe2 avec un dopage de type électron accompagné par un déplacement du potentiel chimique de 0,3 eV, jusqu’alors inégalé. J’ai également pu démontrer la nature quasi–bidimensionnelle de (LaSe)1,14(NbSe2)2 et notamment la présence d’un fort couplage spin-orbite de type Ising. De plus, la faible robustesse de la supraconductivité vis à vis du désordre non magnétique couplée à des mesures d’interférences de quasiparticules m’a permis de mettre en avant le caractère non conventionnel du paramètre d’ordre supraconducteur dans (LaSe)1,14(NbSe2)2. Cette étude permet d’envisager l’utilisationd’hétérostructures incommensurables telles que (LaSe)1,14(NbSe2)2 pour explorer la physique des dichalcogénures de métaux de transition dans la limite bidimensionnelle, pour laquelle de nombreuses études théoriques ont prédit une supraconductivité topologique. Dans cette thèse, je présente également une étude des effets du dopage sur les propriétés électroniques de l’oxyde d’iridium Sr2IrO4. Sr2IrO4 est un isolant de Mott non conventionnel puisqu’il doit cette propriété à la présence d’un fort couplage spin-orbite. Du fait d’une brisure locale de la symétrie d’inversion, certaines prédictions théoriques ont pu montrer que Sr2IrO4 devrait devenir un supraconducteur topologique une fois dopé. Ici, je montre qu’avec le dopage, Sr2IrO4 subit une transition de phase inhomogène à l’échelle nanométrique entre un état isolant de Mott et un état pseudo-métallique. Ce travail justifie la pertinence d’utiliser une sonde locale telle que le microscope à effet tunnel afin de venir compléter des résultats sur la physique de Mott obtenus par des méthodes intégratives comme la spectroscopie électronique résolue en angleThe realization of topological superconductors is one of the main current goals of condensed matter physics. It was indeed predicted that such systems should host Majorana fermions. These Majorana fermions possess both a non-Abelian statistics and, because of their topological origin, a certain robustness against local disorder, which makes them attractive for quantum computing applications. One approach likely to lead to topological superconductivity consists in considering superconducting systems with strong spin-orbit coupling and with broken inversion symmetry. It is in this framework that, during this thesis, I performed scanning tunneling microscopy and spectroscopy measurements on quasi-2D materials : (LaSe)1,14(NbSe2)2 and Sr2IrO4. I first studied the electronic properties of misfit compound LaNb2Se5, which is a parent of transition metal dichalcogenide 2H-NbSe2. (LaSe)1,14(NbSe2)2 is a heterostructure made out of alternations of NbSe2 bilayers with trigonal prismatic geometry and LaSe bilayers with rocksalt structure. (LaSe)1,14(NbSe2)2 is a potential candidate for topological superconductivity because of the presence of both a strong spin-orbit coupling and of broken inversion symmetry in NbSe2 planes. Here, I present spectroscopic results showing that the electronic structure of(LaSe)1,14(NbSe2)2 is very similar to the one of electron-doped monolayer NbSe2 with a shift of the chemical potential of 0,3 eV, priorly never reached. I could also demonstrate the quasi- 2D nature of (LaSe)1,14(NbSe2)2 and more particularly the presence of a strong Ising spinorbit coupling. Moreover, the observed weakness of superconductivity against non-magnetic disorder combined with quasiparticle interferences measurements allowed me to exhibit the unconventional nature of (LaSe)1,14(NbSe2)2 superconducting order parameter. This study opens the possibility to use misfit heterostructures such as (LaSe)1,14(NbSe2)2 to study thephysics of transition metal dichalcogenides in the 2D limit, for which many theoretical studies predict topological superconductivity. In this thesis, I also present a study on the effects of doping on the electronic properties of iridate compound Sr2IrO4. Sr2IrO4 is a spin-orbit induced Mott insulator. Because inversion symmetry is locally broken in Sr2IrO4, some theoretical predictions suggest that Sr2IrO4 should turn into a topological superconductor once doped. Here, I exhibit a nanometer-scaleinhomogeneous doping-driven Mott insulator to pseudo-metallic phase transition. This work further justifies the importance of using a local probe such as scanning tunnelling microscopy in order to complete results on Mott physics obtained by integrative methods like angle-resolved photoemission spectroscopy
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Pignol, Valérie. "Évolution et caractérisation de structures cellulaires bidimensionnelles expérimentales, en particulier les mousses de savon, et simulées." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Lorraine - INPL, 1996. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00717860.
Анотація:
Ce travail est consacré à l'étude de structures cellulaires bidimensionnelles et notamment à leur évolution au cours du temps. Après une phase transitoire (dont la durée dépend de l'ordre initial de la structure) l'évolution atteint généralement un régime stationnaire (où l'aire moyenne des cellules varie linéairement avec le temps et où les propriétés sans dimension, telles que le désordre topologique et la distribution des nombres de côtés des cellules, sont invariantes). Une méthodologie d'analyse d'images a été mise au point pour caractériser les structures à un instant donné. Leurs propriétés métriques et topologiques sont déterminées en tenant compte d'une correction de biais statistique. Nous avons réalisé des expériences portant sur des mousses de savon bidimensionnelles (réalisées entre deux plaques). Un système de drainage a également été mis en place dans le but de conserver l'épaisseur des arêtes constante au cours de l'évolution. Lorsque l'état initial de la structure est très ordonné, le stade transitoire est très long, ce qui limite notre étude à cette seule phase de l'évolution. En revanche, nous avons pû étudier le régime stationnaire en partant de structures initiales désordonnées et en particulier déterminer la valeur du désordre topologique dans cette phase. Cette valeur semble dépendre de la composition du liquide moussant, de la taille de la boîte contenant la mousse, mais apparemment pas du drainage. Des simulations ont été effectuées à l'aide d'un programme développé par H. Telley à l'EPFL. Ce programme est fondé sur l'utilisation des complexes de Laguerre bidimensionnels et périodiques. Ces simulations ont fourni des résultats comparables à ceux observés pour les mousses, mais également pour les polycristaux, grâce à l'ajustement d'un paramètre distributif. Celui-ci est relié de façon simple aux transformations topologiques élémentaires intervenant au cours de l'évolution. La validation du programme a été effectuée non seulement pour le régime stationnaire mais aussi pour le régime transitoire (pour les mousses de savon)
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Mallet, François. "COHERENCE QUANTIQUE, DIFUSION MAGNETIQUE ET EFFETS TOPOLOGIQUES." Phd thesis, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00546850.
Анотація:
Dans mon mémoire de Thèse sont regroupés des résultats expérimentaux, centrés autour de la thématique de la cohérence quantique des électrons à très basse température, obtenus à partir de mesures très précises des corrections quantiques au transport classique dans les nanostructures métalliques. Nous avons tout d'abord étudié les effets de cohérence dans des réseaux de fils métalliques. Nous avons montré l'influence de la dimension du régime de diffusion sur la cohérence. En passant d'un conducteur macroscopique à un conducteur mésoscopique, on a observé un “crossover” dimensionnel pour l'amplitude des diverses corrections quantiques quand la longueur de cohérence de phase excède la taille typique du système, ce qui nous a permis de préciser exactement ce qu'est la moyenne d'ensemble en Physique Mésoscopique. Dans la deuxième partie de ce manuscrit, nous avons présenté des mesures du temps de cohérence de phase dans des fils métalliques contenant des impuretés magnétiques. Ces échantillons ont été fabriqués d'une fa¸con originale et contrôlée en utilisant une technologie nouvelle grâce à l'utilisation d'un faisceau d'ions focalisé. Nous avons mesuré un comportement universel sur 2 decades en temperature du déphasage par impuretés implantées, ceci étant la preuve que cette décohérence supplémentaire s'inscrit dans la Physique de l'effet Kondo. Nous avons montré que le taux de déphasage mesuré est en très bon accord avec de récents calculs du Groupe de Renormalisation Numérique. Plus particulièrement, nous avons montré de façon non équivoque que l'écrantage en dessous de TK induit une désaturation du temps de cohérence de phase linéaire en température jusqu'à 0, 1 TK.
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Müller, Roger Alexander. "Topological order in a broken-symmetry state." Thèse, 2015. http://hdl.handle.net/1866/12352.
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Ung, Yvan. "Désintégration du faux vide médiée par des kinks en 1+1 dimensions." Thèse, 2015. http://hdl.handle.net/1866/12579.
Анотація:
Dans ce mémoire, on étudie la désintégration d’un faux vide, c’est-à-dire un vide qui est un minimum relatif d’un potentiel scalaire par effet tunnel. Des défauts topologiques en 1+1 dimension, appelés kinks, apparaissent lorsque le potentiel possède un minimum qui brise spontanément une symétrie discrète. En 3+1 dimensions, ces kinks deviennent des murs de domaine. Ils apparaissent par exemple dans les matériaux magnétiques en matière condensée. Un modèle à deux champs scalaires couplés sera étudié ainsi que les solutions aux équations du mouvement qui en découlent. Ce faisant, on analysera comment l’existence et l’énergie des solutions statiques dépend des paramètres du modèle. Un balayage numérique de l’espace des paramètres révèle que les solutions stables se trouvent entre les zones de dissociation, des régions dans l’espace des paramètres où les solutions stables n’existent plus. Le comportement des solutions instables dans les zones de dissociation peut être très différent selon la zone de dissociation dans laquelle une solution se trouve. Le potentiel consiste, dans un premier temps, en un polynôme d’ordre six, auquel on y rajoute, dans un deuxième temps, un polynôme quartique multiplié par un terme de couplage, et est choisi tel que les extrémités du kink soient à des faux vides distincts. Le taux de désintégration a été estimé par une approximation semi-classique pour montrer l’impact des défauts topologiques sur la stabilité du faux vide. Le projet consiste à déterminer les conditions qui permettent aux kinks de catalyser la désintégration du faux vide. Il appert qu’on a trouvé une expression pour déterminer la densité critique de kinks et qu’on comprend ce qui se passe avec la plupart des termes.In this thesis, we study the tunneling decay of the false vacuum, that is, a vacuum that is a relative minimum of a scalar potential. Topological defects in 1+1 dimension, called kinks, appear when the potential possesses a minimum that spontaneously breaks a discrete symmetry. In 3+1 dimensions, these kinks become domain walls. For instance, they appear in magnetic materials in condensed matter. A model with two coupled scalar fields will be studied, as well as the solutions to the equations of motion that arise from it. We will then analyze how the energy of the static solutions depend on the parameters of the model. A numerical survey of parameter space reveals that the stable solutions are located between dissociation zones, areas in parameter space where stable solutions no longer exist. The behavior of the unstable solutions in the dissociation zones can be very different depending on which dissociation zone a solution is found near the dissociation zone. The potential first consists in a sixth-order polynomial, to which is added a quartic polynomial multiplied by a coupling term, and is chosen such that the extremities of the kink are at distinct false vacua. The decay rate has been estimated by a semiclassical approximation to show the impact of topological defects on the stability of the false vacuum. The project consists in determining the conditions that allow the kinks to catalyze false vacuum decay. It appears that we found an expression for the critical kink density and that we understand what happens with most terms.