Solitons attract a great deal of interest in many fields, ranging from optics to fluid mechanics, cosmology, particle physics and condensed matter. However, solitons of these very different types rarely coexist and interact with each other. Here we develop a system that hosts optical solitons coexisting with topological solitonic structures localised in the molecular alignment field of a soft birefringent medium. We experimentally demonstrate and theoretically explain optomechanical interactions between such optical and topological solitons, mediated by the local transfer of momentum between light and matter and the nonlocal orientational elasticity of the liquid-crystal phase used in our system. We show that the delicate balance arising from these different contributions to the optomechanical force enables facile dynamical control and spatial localisation of topological solitons. Our findings reveal unusual solitonic tractor beams and emergent light-matter self-patterning phenomena that could aid in creating new breeds of nonlinear photonic materials and devices.

Nous avons conçu un prototissu biomimétique comme modèle de tissus cellulaires qui permet d'identifier le rôle individuel des différents constituants cellulaires qui jouent un rôle dans le comportement rhéologique des tissus. L'objectif final est de caractériser le comportement d'écoulement de ce prototissu sous confinement microfluidique. La première partie de la thèse se concentre sur la conception et la synthèse du prototissu à partir de l'assemblage de Vésicules Unilamellaires Géantes (GUVs). Le système ligand-récepteur que nous avons utilisé pour l'assemblage est la paire streptavidine-biotine. Nous avons démontré qu'en modifiant le rapport streptavidine-biotine, le nombre de vésicules en solution et la concentration de biotine dans la membrane des vésicules, il est possible de contrôler la taille des agrégats et la compacité du tissu. Nous avons également modifié la morphologie du tissu biomimétique en changeant la méthode d'incubation, passant ainsi de formes 3D à une structure monocouche 2D. Un autre système d'adhésion basé sur des complémentarités de séquences d’ADN a également été évalué. Il s'est avéré efficace pour contrôler l'adhésion entre les vésicules, et a permis de concevoir des prototissus avec un niveau élevé de compaction. Dans la deuxième partie de la thèse, la rhéologie de ce tissu biomimétique a été testée au moyen d'une configuration microfluidique. Plus précisément, une pression contrôlée a été appliquée et la déformation de l'agrégat lors de son écoulement à travers une constriction a été suivie. Le changement de taille et de forme de l'agrégat a été calculé pour les petits agrégats, ce qui a contribué à élucider la nature de leur comportement élastique. Pour les agrégats plus grands, le mouvement vers l'avant du front de l'agrégat dans une constriction microfluidique en fonction du temps a été mesuré. Il a été possible d'observer un comportement viscoélastique, que nous avons comparé à celui observé dans les tissus épithéliaux. Le modèle de prototissu et les outils que nous avons développés pour caractériser sa rhéologie peuvent être mis en oeuvre à présent pour étudier les propriétés mécaniques des tissus cellulaires en faisant varier ses propriétés clés : l'adhésion entre les cellules individuelles, les propriétés mécaniques du cytosquelette et l'activité cellulaire.

The interfacial region formed in a polymer matrix around nanoparticles (NPs) controls many macroscopic properties of polymer nanocomposites (PNCs). However, understanding the factors controlling the structure and properties of the interfacial region remains a challenge. We demonstrated that the initial trapping of polymer chains at surfaces of NPs in solution strongly affects the macroscopic properties of PNCs. The most surprising result is that the differences in properties of PNCs persist even after an extremely long thermal annealing time. We ascribe the observed changes to the formation of an interfacial layer that is trapped in a deep metastable state already in solution. Furthermore, the presented analysis suggests that the PNC equilibration time is defined by the chain desorption time that can be extremely long and, in some cases, even not accessible on a reasonable experimental time scale. These results highlight the importance of polymer solution concentrations on the formation of an interfacial layer and the macroscopic properties of PNCs.

We determine the structural origin of an “atomic-spring-like effect”in a glassy silica-helium composite, which exhibits this mechanical property thatreversibly accumulates and restores energy at the subnanoscale based on a high-pressure experimental pair distribution function study combined with atom-scalemolecular simulations. These unexpected experimental results were obtained byusing a 3 μm spot size 61 keV X-ray beam and large area detector and bysubtracting the scattered intensity due to helium outside the sample from the silicasignal at the same focal point for each pressure point. The compression behavior ofthe glassy silica-helium composite is characterized on a structural level by the change from a uni- to bimodal distribution in the inter- tetrahedral distances in the amorphous isotropic structure of silica. We propose a simple characterization of this atomic-spring-like glass property using impedance spectroscopy measurements.