We employ the electronic spin of a single nitrogen-vacancy (NV) defect in diamond to detect and control the quantum state of remote nuclear spins coupled by hyperfine interaction. More precisely, our work focuses on individual 13C nuclei featuring a moderate hyperfine coupling strength (∼ 1 MHz) with the NV’s electron spin. Two different methods providing an efficient room-temperature polarization of these peculiar 13C nuclear spins are described. The first one is based on a polarization transfer from the NV electron spin to the 13C nucleus, which is mediated by the anisotropic component of the hyperfine interaction. The second one relies on coherent population trapping (CPT) within a Λ-type energy-level configuration in the microwave domain, which enables to initialize the 13C nuclear spin in any quantum state superposition on the Bloch sphere. This CPT protocol is performed in an unusual regime for which relaxation from the excited level of the Λ-scheme is externally triggered by optical pumping and separated in time from coherent microwave excitations. For these two polarization techniques, we investigate the impact of optical illumination on the nuclear spin polarization efficiency. This work adds new methods to the quantum toolbox used for coherent control of individual nuclear spins in diamond, which might find applications in quantum metrology.

La découverte du graphène par Andre Geim et Novoselov a suscité un intérêt croissant pour les systèmes bidimensionnels (2D), aussi bien pour des applications et recherche en physique fondamentale. Parmi ceux-ci, les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) forment une famille de matériaux 2D avec des propriétés uniques. Les TMD sont des matériaux cristallins de la forme MX2 où M est un métal de transition et X2 sont deux atomes de chalcogène. Ils peuvent exister sous forme de monocouches avec une structure en nid d'abeille comparable au graphène. Ils présentent une large gamme de bandes interdites (de 0 à 2 eV), combinés à de forts couplages spin-orbite. De tous les TMD, MoS2 reste le plus étudié à ce jour. Les monocouches de MoS2 ont une large bande interdite (1.9 eV) directe située aux points K du réseau réciproque. Ce ‘gap’ les qualifie pour de nombreuses applications photoniques, et leur excellente flexibilité mécanique en fait un matériau semiconducteur prometteur pour l'électronique flexible.En 2012, il a été observé pour la première fois qu'un contrôle électrostatique du dopage de quelques couches de MoS2 induisant une transition de la phase isolante vers une phase métallique, jusqu'à atteindre un phase supraconductrice à haute densité électronique, avec une température critique pouvant atteindre 10.8 K. Suite à cette découverte, deux groupes expérimentaux ont indépendamment mis en évidence que les champs critiques dans le plan du matériau monocouche étaient plusieurs fois supérieurs à ceux de plusieurs couches, et six fois supérieurs aux limites de Pauli. En raison du couplage spin-orbite (SOC) et de l'absence de centre d'inversion, les spins des électrons sont orientés dans la direction perpendiculaire au plan 2D. Ce type de couplage est généralement appelé ‘Ising SOC’ pour le distinguer du Rashba SOC, qui maintient les spins électroniques dans des directions dans le plan. En raison du fort ancrage hors-plan des spins électroniques des électrons formant les paires de Cooper, les champs magnétiques externes dans le plan sont beaucoup moins efficaces pour séparer celles-ci et supprimer la supraconductivité. En conséquence, les champs magnétiques critiques dans le plan dans du MoS2 peuvent atteindre plusieurs de Teslas.L'objectif original de ce projet, bien qu'encore loin d'être atteint, est de développer une jonction Josephson contrôlable par des grilles électrostatiques. Celles-ci permettraient la formation de jonctions S-I-S à S-M-S et même S-S'-S, à base de monocristaux de TMD. S, M et I représentent respectivement les régions supraconductrices, métalliques et isolantes, S' étant un état supraconducteur légèrement différent. Des monocristaux (multicouches ou monocouches) peuvent être utilisées comme matériau unique formant la jonction, où la phase électronique sera accordée par des grilles locales constituées de nanotubes de carbone (NTC). En conséquence, la jonction proposée sera constituée d'un seul matériau et sera entièrement contrôlée in situ.A ce jour, différents régimes de transport ont été reportés dans le régime isolant dans la littérature. De même, une description précise de la transition vers un régime métallique et des mécanismes de diffusion dans ce régime sont encore nécessaires. De plus, même pour des problèmes en apparence plus basiques, tels qu'à l'interface de contact avec un métal, il n'y a pas d'étude complète des mécanismes en jeu selon le dopage et la température. Cette thèse présente nos efforts dans le développement d'un procédé de fabrication contrôlé de composants à base de MoS2 CVD. De nombreuses approches tentant de rendre les contacts plus ohmiques, et de doper le plus efficacement possible ont été étudiées. Après avoir observé que le recuit in-situ était le plus efficace, nous avons étudié en détail le transport dans les régimes isolants et métalliques et la transition entre ces deux régimes, ainsi que le transport à l'interface or/MoS2.

The septin collar of budding yeast is an ordered array of septin filaments that serves a scaffolding function for the cytokinetic machinery at the bud neck and compartmentalizes the membrane between mother and daughter cell. How septin architecture is aided by septin-binding proteins is largely unknown. Syp1 is an endocytic protein that was implicated in the timely recruitment of septins to the newly forming collar through an unknown mechanism. Using advanced microscopy and in vitro reconstitution assays, we show that Syp1 is able to align laterally and tightly pack septin filaments, thereby forming flat bundles or sheets. This property is shared by the Syp1 mammalian counterpart FCHo2, thus emphasizing conserved protein functions. Interestingly, the septin-bundling activity of Syp1 resides mainly in its intrinsically disordered region. Our data uncover the mechanism through which Syp1 promotes septin collar assembly and offer another example of functional diversity of unstructured protein domains.

The characterization of polymer nanocomposites on molecular length scales and timescales is a challenging task, which is also indispensable for the understanding of macroscopic material's properties. Neutron scattering is one of the techniques which are very well-suited for studying the structure and molecular motion in such soft matter systems. X-rays can also be used for the same purpose, however, with higher energy and thus a different focus on dynamics, where they are better suited for nanoparticle motion. In this mini-review, we aim at highlighting recent results in the field of polymer nanocomposites, including nanoparticle structure in various experimental systems, from model to industrial, and polymer and particle dynamics. This allows establishing the link between microscopic and macroscopic properties, in particular rheology.

Multiple speckle diffusing wave spectroscopy (MSDWS) can be applied to measure spatially heterogeneous mechanical behavior in soft solids, with high sensitivity to deformation and both spatial and temporal resolution. In this paper, we discuss the mathematical approach behind the quantification of the deformation rate from MSDWS data and provide guidelines for optimizing the selection of experimental parameters in measurements. After validating the method in extensional tests on an elastomer, we provide an example of the potentiality of MSDWS by measuring the spatial distribution of the deformation rate during shear debonding of adhesive tapes. We quantitatively characterize the deformation rate distribution related to shearing and peeling under loading. A highly heterogeneous deformation rate distribution is observed, and time-dependent measurements reveal an increase in deformation localization hundreds of seconds before full debonding. This behavior, previously predicted by theory and simulation, is demonstrated here experimentally for the first time.