We report a detailed experimental investigation of the influence of the formation of nano-crystallites on the vibrational, electronic and optical properties of CrSi₂ thin films. Both amorphous and nanostructured thin films were investigated by means of electrical resistivity, Hall effect measurements as well as Raman and infrared spectroscopies. We show that both types of films exhibit a semiconducting-like behavior, with the notable difference that the high defect concentrations in amorphous films act as hole donors, modifying the electronic band structure and optical constants. The effect of the film thickness on electrical properties is well captured by the Fuchs-Sondheimer model indicating a decrease in the charge carrier mean free path, likely due to the formation of amorphous/nano-crystallite interfaces that contribute to strongly scatter the charge carriers. Raman spectroscopy performed on nano-crystallized thin films evidences the presence of a Raman-active mode at 229 cm^-1 and confirms DFT calculations predicting a mode at 248 cm^-1, the observation of which had remained elusive so far in polycrystalline CrSi₂. Measurements of the refractive index and dielectric constants of amorphous thin films show a very high refractive index in the mid-IR range. Our results illustrate how the controlled growth of nano-crystallites can be used to tailor the electronic, vibrational and optical properties of amorphous thin films.

Cours en ligne pour GDR Slamm sur la diffusion de rayonnement.

Dans cette thèse nous proposons un travail expérimental visant à comprendre et mesurer la tension interfaciale effective (EIT) entre liquides moléculaires miscibles. Nous étudions d’abord la dynamique des gouttes en rotation lorsqu’elles sont soumises à un saut brusque de vitesse de rotation. Les gouttes immiscibles présentent une décroissance exponentielle vers leur forme d’équilibre, avec un temps caractéristique entièrement déterminé par les viscosités des deux fluides, la taille de la goutte et la tension interfaciale. Au contraire, une dynamique d’allongement complètement différente caractérise les gouttes miscibles avec une petite différence de concentration par rapport au fluide porteur: dans ce cas, la dynamique est bien saisie par une loi de puissance. De plus, pour une tension interfaciale suffisamment faible, les gouttes se déforment radialement en développant une forme "dumbbell", consistant en un corps central mince reliant deux têtes plus grandes. Nous étudions l’origine de ces formes et démontrons qu’elles peuvent être utilisées pour mesurer la tension interfaciale à la frontière entre la goutte et le fluide porteur. En développant un modèle simple dans lequel nous équilibrons la contrainte normale imposée sur la surface de la goutte, la contrainte de cisaillement opposée à la déformation et un terme de type Laplace contenant la tension de surface, nous exploitons la dynamique de déformation des gouttes miscibles pour mesurer l’EIT entre l’eau et le glycérol comme modèle pour les liquides miscibles simples. En particulier, nous trouvons une EIT de 250±50 nN/m pour l’eau pure en contact avec le glycérol pur, un ordre de grandeur inférieur aux limites expérimentales des techniques de tensiométrie plus conventionnelles. Dans cette thèse, nous explorons également pour la première fois l’utilisation systématique de la tensiométrie à goutte tournante pour mesurer le module élastique et la tension interfaciale des billes élastiques souples, montrant que cette technique permet la mesure simultanée des deux quantités. Enfin, nous étudions la stabilité des "coflows" stratifiés en viscosité comme deuxième voie d’étude de l’EIT. Deux régimes différents sont observés, car la longueur d’onde d’instabilité varie d’une façon non monotone par rapport aux débits. À des débits faibles où modérés, l’interaction entre l’interface et les parois du canal entraîne un effet de confinement empêchant l’excitation des ondes de grande amplitude. À des valeurs de débit plus élevées, l’amplitude de la perturbation atteint une valeur constante. Nous montrons que, pour comprendre la stabilité des flux stratifiés en viscosité, il faut tenir compte à la fois de la dissipation et de la production d’énergie cinétique, notamment en considérant la forme du profil de vitesse d’écoulement de base.

Recent progress with soft nanostructures will be reviewed. Traditionally, data analysis follows two approaches, roughly depending on your geographic position with respect to the Rhine river. While “inversion” predominates in the east, “modeling” is more western. In short, “inversion” minimizes the use of a-priori knowledge, while modeling starts with an idea of what the structure might be, which may be wrong … and fit perfectly. Of course many implementations ignoring geography have been developed, and we advocate a mixed approach based on known ingredients: e.g., assembling nanoparticles in nanocomposites, or monomers within microgels. In polymer nanocomposites, we will show that SANS can be used to analyze the polymer interfacial region within a nm to NPs – which impacts dynamics as measured by BDS and NSE. On micron scales, thousands of NP are embedded in the polymer, and their dispersion affects both I(q) and the mechanics of the material. A statistical method based on RMC of this many-parameter problem will be presented, showing that key features like percolation can be described. Finally, the structure of core-shell microgels has been studied by SANS using deuteration. A model describing the polymer density profiles has been developed, and the surprising result is that the shell may not necessarily be where the intuition of the synthetic chemist located it. This leads to new nanostructures of striking mechanical properties, the study of which is an on-going endeavor.

Magneto-absorption in HgTe/CdHgTe quantum wells with an inverted band structure in magnetic fields up to 30 T has been studied. It has been shown that the positions of magneto-absorption lines for transitions from the zero-mode Landau levels in a wide range of magnetic field cannot in principle be described in the “single-electron” approximation using the eight-band Kane model even taking into account effects associated with the absence of spatial inversion symmetry. The revealed dependence of the energies of optical transitions on the magnetic field can be qualitatively explained within a “many-body” picture, where transitions between Landau levels are considered as collective modes hybridized by the electron-electron interaction.

Les acouphènes sont caractérisés comme étant des sons "parasites" (crépitement, bourdonnement, sifflement) provoqués en absence de stimulus externes. Ce trouble est présent dans plus de 10% (12 à 30%) de la population adulte dans le monde. La prévalence des acouphènes montre une courbe de croissance inquiétante. Les nouveaux modes de vie des pays développés et émergents (exposition au bruit, urbanisation, ect) accélèrent cette tendance et en fait un problème de santé publique majeur. La détermination de marqueurs physiologiques des acouphènes chez l'homme et chez l'animal reste un défi pour la communauté scientifique. L’objectif principal pour les chercheurs étudiant les acouphènes est de pouvoir fournir une mesure objective afin de quantifier les caractéristiques acoustiques/perceptives des acouphènes. Au cours des dernières années, les possibilités apportées par la résonance magnétique sont de plus en plus exploitées avec l’utilisation d’une variété de techniques IRM (Imagerie par Résonance Magnétique). De plus, des améliorations techniques et méthodologiques innovantes chez l’animal ont été apportées, notamment par l'utilisation de nouveaux agents de contraste à base de chlorure de manganèse (MEMRI) ou le sodium (23NaMRI).Dans cette étude, nous avons développé une méthode d’analyse quantitative innovante basée sur le taux de relaxation transverse (R2). Le but de cette méthode est de détecter précisément l'accumulation d'ions paramagnétiques Mn2+ accumulés dans les neurones actifs principalement au travers des canaux calciques voltage-dépendants. La mesure directe du signal RMN dans des régions spécifiques du cerveau permet de déterminer le pourcentage de changement de R2 entre les zones auditives d'intérêt par rapport aux régions non auditives. Nous avons démontré une absorption de Mn2+ nettement plus élevée dans le colliculus inférieur et le noyau cochléaire du côté ipsilatéral et controlatéral chez le groupe de rat traité au salicylate de sodium. Nous avons ensuite comparé la méthode ∆R2/R2 aux méthodes d’analyse MEMRI « standards », à savoir le rapport signal sur bruit (SNR) et le rapport d'intensité du signal (SIR). La méthode de ∆R2/R2 est la seule technique à avoir révélé des résultats statistiquement significatifs dans les colliculus inférieurs et les noyaux cochléaires de manière bilatérale.Puis, dans un second temps, nous avons développé une méthode d’analyse basée sur l’ion sodium (23Na IRM) sur un modèle animal induisant des acoupènes. Le sodium joue un rôle important dans le métabolisme et occupe donc une place importante dans les applications cliniques (tumeurs, accidents vasculaires cérébraux, et certaines maladies neurodégénératives). Les résultats préliminaires obtenus ont montré une potentielle augmentation du volume de l’espace extracellulaire dans les colliculus inférieurs chez le rat, en présence d’acouphènes. Néanmoins, cette augmentation du volume extracellulaire ne semble pas spécifique au système auditif en présence de salicylate de sodium.

La découverte des nanotubes de carbone en 1991 par Iijima et de leurs propriétés exclusives a ouvert la porte à de nombreux champs d’applications, notamment en électronique, photonique et fluidique. Le contrôle des propriétés électroniques et optiques des nanotubes a rapidement émergé comme un enjeu scientifique de taille.Dans ce contexte, le contrôle du volume interne des nanotubes de carbone via encapsula- tion d’espèces chimiques est établi comme une stratégie de stabilisation et de modification des propriétés électroniques. L’occupation de ce volume permet d’éviter l’adsorption de molécules de gaz ou d’eau, ayant montré de solides aptitudes à modifier/altérer les propriétés électro-optiques des nanotubes. Par ailleurs, la nature du dopant et donc du transfert de charge permet le contrôle des propriétés des nanotubes de carbone dans les conditions thermodynamiques ambiantes. Par exemple, la capacité à fabriquer des transistors à effet de champ à base de nanotubes de carbone de type n et p ouvre de nouvelles opportunités en électronique moléculaire. Par ailleurs, la position du niveau de Fermi étant susceptible de modifier le taux de recombinaisons radiatives dans les nanotubes de carbone le contrôle précis de celle-ci permet de maximiser le rendement de photoluminescence des nanotubes, ce qui présente un intérêt pour des applications en bio-imagerie.Dans ce travail, nous avons réalisé le dopage n et p de nanotubes de carbone avec différentes espèces. Le dopage est mis en évidence par plusieurs types de techniques physiques (spectroscopie, microscopie) à plusieurs échelles (ensemble/objet unique), et les valeurs déduites sont confrontées à des simulations théoriques (Ab Initio). Il a été mis en évidence que le diamètre des nanotubes contrôle l’organisation supra-moléculaire des systèmes hybrides. La relation entre organisation supra-moléculaire et efficacité du dopage est également mise en évidence. Le contrôle du dopage permet en outre de modifier drastiquement les propriétés de photoluminescence des nanotubes de carbone de petits diamètres.Ce manuscrit s’articule autour de cinq parties. Dans un premier temps, on décrira les aspects structuraux ainsi que les propriétés physiques des nanotubes de carbone. Dans un second temps, on réalisera une revue non exhaustive de l’état de l’art concernant l’encap- sulation d’éléments chimiques ou de molécules dans des nanotubes. En troisième partie, on détaillera les techniques expérimentales propres aux étapes de dopage des nanotubes, et de leur mise en forme. On explicitera également les techniques de caractérisation utilisées.Dans une quatrième partie, on discutera de la stabilité des systèmes hybrides à synthéti- ser, en utilisant des résultats de calculs théoriques basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité. On mettra également en évidence le succès de la synthèse de ces systèmes par différentes techniques d’analyses physiques (microscopie en transmission, diffraction rayon X). Enfin dans une dernière partie, les échantillons seront étudiées au moyen des techniques précédemment décrites. L’étude du transfert de charge et des modifications des propriétés optiques sera discutée à plusieurs échelles (ensembles de nanotubes et nano- tubes isolés). Des modèles expérimentaux existant dans la littérature seront utilisés pour quantifier le phénomène de transfert de charge, les valeurs obtenues seront confrontées à des calculs Ab-Initio.