Academic literature on the topic 'Electric- and magnetic-dipole transitions'

Au cours des dernières années, les progrès technologiques dans le domaine de la nanophotonique ont permis le développement des nanostructures optiques. Ces dernières possèdent la particularité de modifier l'émission lumineuse de nanoémetteurs quantiques .Cependant, l’interaction lumière-matière est considérée comme étant véhiculée par le champ électrique. Les études se sont alors concentrées sur le contrôle et la modification des propriétés d'excitation et d'émission des transitions dipolaires électriques.Récemment, il a été décrit qu’il existe dans la nature des nanoémetteurs possédant des transitions magnétiques détectables : ces nanoémetteurs sont les ions lanthanides.Les nanostructures optiques développant des résonances magnétiques pourraient alors modifier l’émission et l’excitation de transitions dipolaires magnétiques, de la même manière que leurs homologues électriques.Dernièrement , il a été démontré théoriquement que certain type de nanostructure, peuvent renforcer le champ magnétique optique par deux ordres de grandeur et qu’une fois couplé à un dipôle magnétique, ils peuvent augmenter fortement la fluorescence des transitions magnétiques comme celle qui que se trouve dans les ions de lanthanide.Une étude publiée dans Physical review letters, a rapporté qu’il était aussi possible d’étudier l’excitation de transitions dipolaires magnétiques.L’objectif de ma thèse a donc été d’utiliser certaines nanostructures ayant des affinités particulières avec le champ magnétique afin d’étudier et de manipuler l’émission et l'absorbption de transitions dipolaires magnétiques<br>During the last years, technological progresses in the field of nanophotonic have allowed the development of optical nanostructures to manipulate the emission of fluorescent nanoemitters . However, light-matter interactions are usually considered to be mediated by the optical electric field only, discarding the magnetic side of it. Indeed, most of the past studies have been only studying the modification of the excitation or emission properties of electric dipole transitions. Recently, it was demonstrated that magnetic dipole could also be found in lanthanide ions. It was also shown that by changing the magnetic local density of states near these ions, the emission fluorescent of the magnetic transitions could be enhanced or decreased with respect to their electric counterpart. In here, we demonstrate experimentally, in perfect agreement with numerical simulations, the manipulation of magnetic and electric dipolar transitions by means of plasmonic cavities. Using a near-field scanning optical microscope (NSOM), we bring in close proximity a nanoparticle doped with trivalent europium to plasmonic cavities of different sizes made of aluminum , allowing perfect control over the interactions between the emitter and the nanostructures. In this study, we show both an increase and decrease of electric and magnetic signal from the particle, and we also display the spatial distribution of both the electric and magnetic radiative local density of state at the surface of the cavities.Therefore, this work pave the way to the understanding of ‘magnetic light’ and matter interactions

The author of this thesis concentrates his attention on quantum optical properties of some artificial electromagnetic media, such as quantum coherent atomic vapors (various multilevel electromagnetically induced transparency vapors) and negative refractive index materials, and suggests some possible ways to manipulate wave propagations inside the artificial electromagnetic materials based on quantum coherence and quantum vacuum effects. In Chapters 1 and 2, the author reviews the previous papers on quantum coherence as well as the relevant work such as electromagnetically induced transparency (EIT), atomic population trapping and their various applications. The basic concepts of quantum coherence (atomic phase coherence, quantum interferences within atomic energy levels) and quantum vacuum are introduced, and the theoretical formulations for treating wave propagations in quantum coherent media are presented. In Chapter 3, the author considers three topics on the manipulation of light propagations via quantum coherence and quantum interferences: i) the evolutional optical behaviors (turn-on dynamics) of a four-level N-configuration atomic system is studied and the tunable optical behavior that depends on the intensity ratio of the signal field to the control field is considered. Some typical photonic logic gates (e.g. NOT and NOR gates) are designed based on the tunable four-level optical responses of the N-configuration atomic system; ii) the destructive and constructive quantum interferences between two control transitions (driven by the control fields) in a tripod-type four-level system is suggested. The double-control quantum interferences can be utilized to realize some photonic devices such as the logic-gate devices, e.g., NOT, OR, NOR and EXNOR gates; iii) some new quantum coherent schemes (using EIT and dressed-state mixed-parity transitions) for realizing negative refractive indices are proposed. The most remarkable characteristic (and advantage) of the present scenarios is such that the isotropic left-handed media (with microscopic structure units at the atomic level) in the optical frequency band can be achieved. Quantum vacuum (the ground state of quantized fields) can exhibit many interesting effects. In Chapter 4, we investigate two quantum-vacuum effects in artificial materials: i) the anisotropic distribution of quantum-vacuum momentum density in a moving electromagnetic medium; ii) the angular momentum transfer between quantum vacuum and anisotropic medium. Such quantum-vacuum macroscopic mechanical effects could be detected by current technology, e.g., the so-called fiber optical sensor that can measure motion with nanoscale sensitivity. We expect that these vacuum effects could be utilized to develop sensitive sensor techniques or to design new quantum optical and photonic devices.In Chapter 5, the author suggests some interesting effects due to the combination of quantum coherence and quantum vacuum, i.e., the quantum coherent effects, in which the quantum-vacuum fluctuation field is involved. Two topics are addressed: i) spontaneous emission inhibition due to quantum interference in a three-level system; ii) quantum light-induced guiding potentials for coherent manipulation of atomic matter waves (containing multilevel atoms). These quantum guiding potentials could be utilized to cool and trap atoms, and may be used for the development of new techniques of atom fibers and atom chips, where the coherent manipulation of atomic matter waves is needed.In Chapter 6, we conclude this thesis with some remarks, briefly discuss new work that deserves further consideration in the future, and present a guide to the previously published papers by us.<br>QC 20100810

L’objectif de ce travail est d’étudier les transitions de phases sol-gel et isotrope-nématique dans des suspensions de smectites dioctaédriques en fonction de la morphologie et de la nature minéralogique des argiles. Bien que tous les systèmes étudiés présentent une transition sol-gel à de faibles fraction volumique, la transition cristal-liquide isotrope-nématique n’a pu être identifiée que dans le cas de suspensions de smectites ayant un déficit de charge tétraédrique. L’effet de la localisation de la charge sur le comportement colloïdal a été déterminée à l’aide de la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) et par des mesures rhéologiques. La nature des interactions électrostatiques dans ces suspensions est purement répulsive et rejette l’idée d’une structure tridimensionnelle de type « château de carte ». Cependant, les smectites ayant un déficit de charge tétraédrique sont plus répulsives et ont des propriétés viscoélastiques plus faibles que celles ayant un déficit octaédrique. Il a également été montré que la dépendance en taille de particules de la position de la transition sol-gel était liée à une statistique de piégeage hydrodynamique des plaquettes d’argile. Finalement, l’application de champs externes (électrique et magnétique) a permis d’obtenir l’alignement de la phase nématique tandis que dans la phase isotrope, le champ électrique induit un ordre antinématique parfait. Afin de préserver l’ordre induit, ces suspensions ont été polymérisées sous champ permettant l’obtention de nanocomposites orientées et structurés<br>The aim of this work is to study sol-gel and isotropic-nematic phases transitions in suspensions of dioctahedral smectites depending on the morphology and mineralogical nature of clays. Although all the systems studied exhibit a sol-gel at low volume fraction, the liquid-crystalline isotropic-nematic transition could be identified only in the case of smectites with tetrahedral charge deficit. The effect of charge location on the colloidal behavior was determined using small-angle X-ray scattering (SAXS) and rheological measurements. The nature of electrostatic interactions in these suspensions is purely repulsive and rejects the idea of the so-called “house of card” network. However, smectites with a charge deficit located in the tetrahedron are more repulsive and their viscoelastic properties are lower than octahedrally substituted clays. It was also shown that the particle size dependence of the volume fraction corresponding to the sol-gel transition c was related to a simple statistical hydrodynamic trapping of clay platelets. Finally, the application of external fields (electric and magnetic) has resulted in the alignment of the nematic phase while in the isotropic phase, the electric field induces a perfect antinematic order. To preserve the induced alignment, these suspensions were polymerized under the field to obtain perfectly aligned and patterned nanocomposites

Aujourd'hui, la puissance de calcul des processeurs et la capacité de stockage des disques durs tels que conçus dans l'électronique moderne sont limités par la limite thermodynamique aux systèmes finis. Pour garder une vitesse de développement tel que prédit par la loi de Moore, il est donc nécessaire de considérer de nouveaux types d’architecture d’unité de calcul et stockage d’information. Un autre problème réside dans la gestion des pertes de courant par effet Joule, qui deviennent critiques dès lors que l’on atteint de très fortes densités de transistors et bits magnétiques. Notre étude s’inscrit dans ces problématiques, par la conception de nouveaux systèmes à fort couplage magnéto-électrique qui permettrait de contrôler l’information magnétique par l’injection de faibles courants électriques. Notre objectif a été de concevoir un système à fort couplage magnéto-électrique. Il existe des matériaux possédant un couplage entre ordre magnétique et ordre ferroélectrique de façon intrinsèque. Ce type de structures représente une bonne base d’analyse conceptuelle sur la nature d’hybridation des ordres férroiques. Cependant le couplage y est généralement faible, et ne permet pas l’intégration de ces matériaux dans l’électronique moderne.Une autre option consiste à artificiellement générer un couplage magnéto-électrique à travers l’interface entre deux matériaux possédant chacun un des ordres férroiques. Nous avons travaillé essentiellement sur ce type d’hétérostructure binaire, alliant un substrat ferroélectrique type, (BaTiO3) avec, dans un premier temps, un film ultra-mince ferromagnétique type (Fe, Co, FeNi). Nous avons montré la présence d’une signature d’un couplage magnéto-électrique faible à l’interface de ces systèmes. Nous avons ensuite proposé de remplacer le matériau ferromagnétique typique par un film mince de FeRh, un alliage qui possède une transition de phase magnétique d’antiferromagnétique à ferromagnétique juste au-dessus de la température ambiante, qui dépend à la fois de la température, de la pression et du champ magnétique.Nous avons alors réalisé une étude de croissance de FeRh en films ultra-minces. Nous avons pu montrer que l’alliage garde une température de transition bulk et une transition assez abrupte jusqu’à 5nm d’épaisseur. Nous avons ensuite étudié le couplage magnéto-électrique dans le système FeRh(22nm)/BaTiO3 par magnétométrie SQUID sous champ électrique. Nous avons démontré un très fort effet magnéto-électrique induit par contrainte mécanique, possédant une constante de couplage record, α = 1.6 x 10-5 s.m-1, un ordre de grandeur au-dessus des valeurs rapportées dans la littérature.Utilisant notre connaissance du système, nous avons montré l’intérêt conceptuel d’utiliser un matériau à transition de phase dans les architectures novatrices de mémoire, en proposant une description mathématique d’un comportement memristif dans le système FeRh/piézoélectrique.Finalement, l’utilisation pratique de FeRh nous a amené à étudier l’alliage par calculs Ab Initio sous contrainte mécanique et sous injection de charges, pour comprendre plus fondamentalement la nature et les mécanismes de la transition<br>One of the most practical concept used in physics and engineering is the concept of triggeror switch, consisting of a means to start a controlled chain of energy transformation.A switch can lead to reversible or irreversible consequences. Technological developmentusually seeks to make use of the former because it allows for repetitive logical tasks. Suchtriggers exist via the coupling between two or more types of energetic transformations.It is formally described by the interaction between two or more distinct fields and theirexpression on a system. Amongst the most studied coupling in material physics, we findelectro-mechanical couplings such as piezoelectricity or ferroelectricity, electro-caloric ormagneto-caloric couplings such as pyroelectricity and pyro-magnetism, magneto-electric,etc. The fundamental and experimental domestication and understanding of these couplingsis usually followed (and very often motivated) by the design of practical applicationin electronics engineering technology

This thesis is devoted to optical properties of Aharonov-Bohm quantum rings in external electromagnetic fields. It contains two problems. The first problem deals with a single-electron Aharonov-Bohm quantum ring pierced by a magnetic flux and subjected to an in-plane (lateral) electric field. We predict magneto-oscillations of the ring electric dipole moment. These oscillations are accompanied by periodic changes in the selection rules for inter-level optical transitions in the ring allowing control of polarization properties of the associated terahertz radiation. The second problem treats a single-mode microcavity with an embedded Aharonov-Bohm quantum ring, which is pierced by a magnetic flux and subjected to a lateral electric field. We show that external electric and magnetic fields provide additional means of control of the emission spectrum of the system. In particular, when the magnetic flux through the quantum ring is equal to a half-integer number of the magnetic flux quantum, a small change in the lateral electric field allows tuning of the energy levels of the quantum ring into resonance with the microcavity mode, providing an efficient way to control the quantum ring-microcavity coupling strength. Emission spectra of the system are calculated for several combinations of the applied magnetic and electric fields.

Calcul des intégrales radiales à l'approximation quasi classique (JWKB) des fonctions d'onde radiales, complétée par une description en termes de trajectoires elliptiques de l'électron optique. Obtention d'expressions analytiques de ces intégrales dont on simplifie le calcul à l'aide d'une méthode basée sur le développement limite d'une fonction bien adaptée à des calculs par interpolation ou extrapolation : elles s'expriment toutes en termes de deux fonctions fondamentales qui ne dépendent que de la différence entre deux nombres quantiques principaux effectifs des états initial et final. Déduction de forces d'oscillateur et probabilités de transition aussi précises que celles obtenues par quantique.

Etude des transitions rovibroniques multiphotoniques de type dipolaire électrique pour des états moleculaires présentant un couplage de hund (a),(b) ou un couplage intermediaire entre (a) et (b), à l'approximation adiabatique pour décrire la vibration et la rotation. Expressions de l'intensité des raies rotationnelles dans le cas d'une polarisation linéaire ou circulaire et pour des photons identiques. Régles de sélection pour la rotation et le couplage ou se trouvent les états moléculaires (initial et final) pour le cas général d'une transition à "n" photons et d'une multiplicité quelconque. Rapport d'intensités polarisationlinéaire / polarisation circulaire. Expérience à 2 photons pour la bande gamma (o,o) de no et comparaison aux valeurs théoriques calculées

A new neutron Electric Dipole Moment (nEDM) experiment was proposed to be commissioned at the Fundamental Neutron Physics Beamline at the Spallation Neutron Source (SNS) of the Oak Ridge National Laboratory (ORNL). The underlying theme of this experiment (first conceived by Golub and Lamoreaux in 1994) is the search for new physics beyond the Standard Model of particle physics. The discovery of a non-zero nEDM would be of revolutionary importance to physics, with the discovery of such providing for evidence for new-beyond-the-Standard-Model physics required for a resolution to the unresolved puzzle of why the universe is dominated by matter, as opposed to anti-matter. A first demonstration of a new magnetic field monitoring system for a neutron electric dipole moment experiment is presented. The system is designed to reconstruct the vector components of the magnetic field in the interior measurement region solely from exterior measurements. The results highlight the potential for the implementation of an improved system in an upcoming neutron electric dipole moment experiment to be carried out at the Spallation Neutron Source at Oak Ridge National Laboratory.