Ref HAL: tel-04486230_v1
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Résumé:

L’interaction spin-orbite est un effet relativiste qui couple le déplacement de l’électron à son spin. Ce couplage suscite de grands intérêts dans la physique du solide. En effet, ce couplage permet une propagation de l’information via le spin des électrons et non plus seulement par leur charge, comme c'est le cas en microélectronique traditionnelle. Cette nouvelle approche, plus qu’une simple amélioration des performances, est donc un changement même du support de base de l’information. De nombreuses applications pratiques ont été envisagées. La maîtrise du couplage spin-orbite permettrait le développement de nouveaux systèmes spin-électroniques, ou 'spintroniques', répondant aux enjeux de réduction de consommation d’énergie, par exemple. A plus long terme encore, le contrôle du spin électronique permettrait aussi le codage l’information via une superposition d’état, ce qui ouvrirait la voie à la réalisation de bits quantiques (par analogie au bit binaire d’un ordinateur “classique”) réalisés en matière condensée.De cet intérêt pour le couplage spin-orbite a émergé ces dernières années le sujet des isolants topologiques bidimensionnels, où isolants à effet Hall quantique de spin. Ces isolants particuliers ont été réalisés à partir de matériaux à fort couplage spin-orbite.Les premières réalisations de tels isolants ont été obtenues avec des semi-conducteurs de la famille II-VI. Ces isolants ne survivent alors qu'à très basse température, de l’ordre du Kelvin, à cause de particularités de la structure de bande des II-VI. Cela a motivé notre recherche de nouveaux matériaux candidats pour l’observation de l’effet Hall quantique de spin à plus haute température. Je me suis intéressé lors de ma thèse à des structures à base d’InAs/GaSb, car en plus des prédictions théoriques et premières démonstrations de la validité de ces structures pour l’observation de l’effet Hall quantique de spin, la croissance et la fabrication de dispositifs à base de ces semi-conducteurs III-V est plus répandue que pour les II-VI.Dans le premier chapitre, je présente une revue des travaux récents autour des isolants topologiques, depuis l'émergence de ce sujet avec le graphène jusqu'au début de ce travail. Je développe également les concepts théoriques à la base des expériences présentées dans cette thèse.Dans le chapitre 2, je développe les détails expérimentaux et présente les différentes croissances à base d'InAs/GaSb étudiées. Je détaille également les procédés de fabrication des dispositifs réalisés à partir de ces mêmes croissances.Le chapitre 3 est consacré aux mesures de magnéto-transport pour les différents dispositifs. Je démontre la validité des calculs théoriques de la structure de bande en montrant une nette augmentation de la taille de la bande interdite pour les structures à base d'InAs/GaSb, ainsi que l'existence d'une conduction de bord dont les propriétés sont compatibles avec le caractère topologique attendu pour ces structures.

Résumé:

La matière active est une vaste classe de matériaux au sein desquels chaque entité, les particules actives, consomme de l'énergie pour effectuer un mouvement. Ces matériaux sont à l'intersection de plusieurs champs de recherche distincts, tels que la biologie, l’ingénierie et la physique, et ont donc attiré une attention considérable. En raison de leur consommation perpétuelle d'énergie, ces systèmes sont hors de l'équilibre thermodynamique. En conséquence ils exhibent une myriade de phénomènes surprenants qui défient notre conception des phases et dynamiques à l'équilibre. Parmi eux, le mouvement collectif est particulièrement intriguant et excitant sous plusieurs aspects. Premièrement parce qu'il émerge dans des systèmes aux échelles de longueur et de temps distinctes, des ensembles de cellules aux larges foules, troupeaux et essaims, avec cependant des caractéristiques communes. Cela suggère alors une logique universelle derrière dans les mécanismes à l'origine de ces différents comportements collectifs. Deuxièmement parce que certains de ces mouvements ont des signatures communes avec des phénomènes d'équilibre. Bien que ces derniers soient très divers, allant de la transition vitreuse à la turbulence inertielle, ces connections donnent accès à de nombreux outils et concepts afin de caractériser les comportements hors-équilibre. Troisièmement parce que les applications possibles d'une compréhension fine voire du contrôle de ces phénomènes sont d'une grande portée~: traitement de pathologies spécifiques, conception de matériaux intelligents, gestion des foules, etc. Dans cette Thèse, nous nous concentrons sur la matière active dense, où le mouvement des particules individuelles est entravé par des effets d'encombrement, et cherchons à caractériser comment le mouvement collectif émerge de cette compétition. Pour cela nous utilisons un modèle simple en deux dimensions de particules auto-propulsées isotropes, à savoir des particules d'Ornstein-Uhlenbeck, où l'écart à la limite d'équilibre est contrôlée par le temps de persistance des forces de propulsion. En raison de sa simplicité, les phénomènes décrits pour ce modèle ont le potentiel de s'appliquer à une variété de matériaux. Nous cartographions les phases de ce modèle, du régime proche de l'équilibre à petite persistance au régime loin de l'équilibre à grande persistance. Nous concentrons nos efforts sur ce second régime, là où a été récemment montré l'émergence de corrélations de vitesse. Nous démontrons qu'une phase liquide désordonnée existe à très grande persistance, à condition que la polydispersité frustre l'ordre structurel, et que ce liquide exhibe différentes manifestations de mouvement collectif désordonné. D'abord, nous montrons que les systèmes persistants sont dynamiquement arrêtés à grande densité. Dans le voisinage de l'arrêt dynamique, nous trouvons que le liquide affiche des hétérogénéités dynamiques similaires aux systèmes denses à l'équilibre. Nous examinons, dans une limite idéale de persistance infinie, les processus microscopiques menant à ces hétérogénéités. Ensuite, à distance de l'arrêt dynamique, nous montrons que notre modèle exhibe des écoulements d'advection chaotiques, à l'instar des systèmes turbulents. Nous mettons en exergue comment ce comportement spécifique pourrait être universel au sein d'une classe plus large de systèmes actifs s'appuyant sur une compétition entre l'encombrement et le forçage persistant. Enfin, dans des systèmes monodisperses qui exhibent à grande densité un ordre à longue portée, nous décrivons les mécanismes permettant la relaxation structurelle loin de l'équilibre.

Ref HAL: hal-04405689_v1
DOI: 10.1021/acs.energyfuels.2c04159
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Ref HAL: hal-04389124_v1
DOI: 10.3389/frsfm.2022.1081877
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Résumé:

Recent studies of self-assembly in binary systems of bio-surfactants, either of microbial origin or saponins extracted from plants, are reviewed. Saponins in water reported in the first section include aescin, glycyrrhizin, and quillaja saponins, while rhamnolipids are discussed in the second section on microbial surfactants. Studies of surface activities are a natural starting point of the characterization of surfactants, but here we focus mainly on physico-chemical and structural properties of self-assembled bulk structures in solution, often characterized by scattering techniques. When quantitative modelling is performed, self-assembly parameters like aggregation numbers, head group areas, and resulting shapes can be followed as a function of physical-chemical parameters like concentration, composition, temperature, or pH. Morphologies include micelles and their structural evolution with addition of other bio- or synthetic surfactants, co-surfactants, proteins or phospholipids.

Ref HAL: hal-04388092_v1
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Commentaires: Laboratoires du consortium: CEA-Leti IEMN LPENS IMS L2C

Ref HAL: hal-04369660_v1
DOI: 10.1038/s42004-023-01075-1
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Résumé:

Abstract The topology of amorphous materials can be affected by mechanical forces during compression or milling, which can induce material densification. Here, we show that densified amorphous silica (SiO 2 ) fabricated by cold compression of siliceous zeolite (SZ) is permanently densified, unlike densified glassy SiO 2 (GS) fabricated by cold compression although the X-ray diffraction data and density of the former are identical to those of the latter. Moreover, the topology of the densified amorphous SiO 2 fabricated from SZ retains that of crystalline SZ, whereas the densified GS relaxes to pristine GS after thermal annealing. These results indicate that it is possible to design new functional amorphous materials by tuning the topology of the initial zeolitic crystalline phases.

Ref HAL: hal-04364742_v1
Ref Arxiv: 2306.15617v1
DOI: 10.1021/acsami.3c14608
Ref. & Cit.: NASA ADS
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Résumé:

The interplay of soft responsive particles, such as microgels, with nanoparticles (NPs) yields highly versatile complexes that show great potential for applications, ranging from plasmonic sensing to catalysis and drug delivery. However, the microgel–NP assembly process has not been investigated so far at the microscopic level, thus hindering the possibility of designing such hybrid systems a priori. In this work, we combine state-of-the-art numerical simulations with experiments to elucidate the fundamental mechanisms taking place when microgel–NP assembly is controlled by electrostatic interactions and the associated effects on the structure of the resulting complexes. We find a general behavior where, by increasing the number of interacting NPs, the microgel deswells up to a minimum size after which a plateau behavior occurs. This occurs either when NPs are mainly adsorbed to the microgel corona via the folding of the more external chains or when NPs penetrate inside the microgel, thereby inducing a collective reorganization of the polymer network. By varying microgel properties, such as fraction of cross-linkers or charge, as well as NP size and charge, we further show that the microgel deswelling curves can be rescaled onto a single master curve, for both experiments and simulations, demonstrating that the process is entirely controlled by the charge of the whole microgel–NP complex. Our results thus have a direct relevance in fundamental materials science and offer novel tools to tailor the nanofabrication of hybrid devices of technological interest.