Dissertations / Theses: 'Electron spectroscopie'

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Vanzini, Marco. "Auxiliary systems for observables : dynamical local connector approximation for electron addition and removal spectra." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLX012/document.

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Abstract:

Cette thèse propose une méthode théorique innovante pour l'étude des spectres d'excitation à un électron, mesurée par spectroscopie de photoémission directe et inverse.La plupart des calculs actuels au niveau de l’état de l’art reposent sur des fonctions de Green à plusieurs corps et des self-énergies complexes et non locales, évaluées spécifiquement pour chaque matériau. Même lorsque les spectres calculés sont en très bon accord avec les expériences, le coût de calcul est très important. La raison est que la méthode elle-même n'est pas efficace, car elle fournit beaucoup d'informations superflues qui ne sont pas nécessaires pour l'interprétation des données expérimentales.Dans cette thèse, nous proposons deux raccourcis par rapport à la méthode standard. Le premier est l'introduction d'un système auxiliaire qui cible, en principe, le spectre d'excitation du système réel. L'exemple type est la théorie de la fonctionnelle de la densité, pour lequel le système auxiliaire est le système de Kohn-Sham : elle reproduit exactement la densité du système réel par l'intermédiaire d'un potentiel réel et statique, le potentiel de Kohn-Sham. La théorie de la fonctionnelle de la densité est, cependant, une théorie de l'état fondamental, qui ne fournit que rarement des propriétés d'état excités : un exemple est le fameux problème de la sous-estimation de la bande interdite. Le potentiel que nous proposons (le potentiel spectral), local et dépendant de la fréquence, mais réelle, peut être considéré comme une généralisation dynamique du potentiel de Kohn-Sham qui donne en principe le spectre exact.Le deuxième raccourci est l'idée de calculer ce potentiel une fois pour toute dans un système modèle, le gaz d'électrons homogène, et de le tabuler. Pour étudier des matériaux réels, nous concevons un connecteur qui prescrit l'utilisation des résultats du gaz pour calculer les spectres électroniques.La première partie de la thèse traite de l'idée de systèmes auxiliaires, montrant le cadre général dans lequel ils peuvent être introduits et les équations qu'ils doivent satisfaire. Nous utilisons des modèles de Hubbard solubles exactement pour mieux comprendre le rôle du potentiel spectral ; en particulier, il est démontré que le potentiel peut être défini uniquement chaque fois que le spectre est non nul, et donne toujours les spectres attendus, même lorsque la partie imaginaire ou les contributions non locales de la self-énergie jouent un rôle de premier plan.Dans la deuxième partie de la thèse, nous nous concentrons sur les calculs pour les systèmes réels. Nous évaluons d'abord le potentiel spectral dans le gaz d'électrons homogène, puis l'importons dans le système auxiliaire pour évaluer le spectre d'excitation. Toute l’interdependence non triviale entre l'interaction électronique et l'inhomogénéité du système réel entre dans la forme du connecteur. Trouver une expression pour cela est le véritable défi de la procédure. Nous proposons une approximation raisonnable basée sur les propriétés locales du système, que nous appelons approximation du connecteur dynamique local.Nous mettons en œuvre cette procédure pour quatre prototypes de matériaux différents : le sodium, un métal presque homogène ; l'aluminium, encore un métal mais moins homogène ; le silicium, un semi-conducteur ; l'argon, un isolant inhomogène. Les spectres que nous obtenons avec cette approche concordent de manière impressionnante avec ceux qui sont évalués via la self-énergie, très coûteuse en temps de calcul, démontrant ainsi le potentiel de cette théorie This thesis proposes an innovative theoretical method for studying one-electron excitation spectra, as measured in photoemission and inverse photoemission spectroscopy.The current state-of-the-art realistic calculations rely usually on many-body Green’s functions and complex, non-local self energies, evaluated specifically for each material. Even when the calculated spectra are in very good agreement with experiments, the computational cost is very large. The reason is that the method itself is not efficient, as it yields much superfluous information that is not needed for the interpretation of experimental data.In this thesis we propose two shortcuts to the standard method. The first one is the introduction of an auxiliary system that exactly targets, in principle, the excitation spectrum of the real system. The prototypical example is density functional theory, in which the auxiliary system is the Kohn-Sham system: it exactly reproduces the density of the real system via a real and static potential, the Kohn-Sham potential. Density functional theory is, however, a ground state theory, which hardly yields excited state properties: an example is the famous band-gap problem. The potential we propose (the spectral potential), local and frequency-dependent, yet real, can be viewed as a dynamical generalisation of the Kohn-Sham potential which yields in principle the exact spectrum.The second shortcut is the idea of calculating this potential just once and forever in a model system, the homogeneous electron gas, and tabulating it. To study real materials, we design a connector which prescribes the use of the gas results for calculating electronic spectra.The first part of the thesis deals with the idea of auxiliary systems, showing the general framework in which they can be introduced and the equations they have to fulfill. We then use exactly-solvable Hubbard models to gain insight into the role of the spectral potential; in particular, it is shown that a meaningful potential can be defined wherever the spectrum is non-zero, and that it always yields the expected spectra, even when the imaginary or the non-local parts of the self energy play a prominent role.In the second part of the thesis, we focus on calculations for real systems. We first evaluate the spectral potential in the homogeneous electron gas, and then import it in the auxiliary system to evaluate the excitation spectrum. All the non-trivial interplay between electron interaction and inhomogeneity of the real system enters the form of the connector. Finding an expression for it is the real challenge of the procedure. We propose a reasonable approximation for it, based on local properties of the system, which we call dynamical local connector approximation.We implement this procedure for four different prototypical materials: sodium, an almost homogeneous metal; aluminum, still a metal but less homogeneous; silicon, a semiconductor; argon, an inhomogeneous insulator. The spectra we obtain with our approach agree to an impressive extent with the ones evaluated via the computationally expensive self energy, demonstrating the potential of this theory

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Abbas, Chahine. "Optical spectroscopy of indirect excitons and electron spins in semiconductor nanostructures." Thesis, Montpellier, 2019. http://www.theses.fr/2019MONTS049.

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Abstract:

Ce travail porte sur l’étude optique de la dynamique de spin de deux systèmes: un gaz d’électrons dans des couches minces de CdTe d’une part et des excitons indirects dans un double puits quantique asymétrique en GaAs d’autre part. Des mesures de photoluminescence résolue en temps et en polarisation, et des mesures de spectroscopie pompe-sonde ont permis la détermination des temps de vie et des temps de relaxation de spin des excitons indirects. Le comportement général de la structure a été décrit, les contraintes techniques ont été mise en évidence et les meilleures conditions expérimentales ont été identifiées. En photoluminescence, nous avons mesuré des temps de vie de l’ordre de la quinzaine de ns et des temps de relaxation de spin de 5 ns dans le meilleur cas. L’utilisation d’un setup de spectroscopie pompe-sonde permettant d’étudier des délais très longs a démontré que des temps plus longs encore peuvent être atteints en séparant d’avantage deux impulsions lasers successives.Pour les électrons dans CdTe nous avons utilisé une autre méthode optique: la spectroscopie de bruit de spin qui s’est récemment imposée comme un outil de choix pour étudier la dynamique de spin dans les semi-conducteurs. Son principe consiste à sonder la dynamique d’un système de spins à travers ses fluctuations spontanées. Pour ce faire, ces fluctuations sont encodées dans le plan de polarisation d’un laser hors résonnant par l’intermédiaire de la rotation Faraday.Alors que les réalisations concrètes de cette technique se limitaient jusqu’à présent aux corrélations temporelles, nous proposons ici la première implémentation permettant d’accéder également aux corrélations spatiales du systèmes de spin. Cet accès à la dynamique spatiale est autorisé par une sélectivité en vecteur d’onde de la lumière diffusée venant de l’échantillon et nous offre l’opportunité de mesurer simultanément le temps de relaxation de spin et le coefficient de diffusion de spin. Ayant ainsi une vision complète de la dynamique de spin dans CdTe, nous avons pu confronter la physique du spin bien connue dans GaAs à nos observations dans CdTe. Contre toutes attentes, il semblerait que nos connaissances de GaAs ne soient pas directement transposables à CdTe This work provides an optical study of spin dynamics in two different systems: electrons gas in n-doped CdTe thin layers, and indirect excitons in asymmetric GaAs coupled quantum wells. Time and polar resolved photoluminescence and pump-probe spectroscopy allowed the determination of both the lifetime and the relaxation time of indirect excitons.The global behaviour of the dedicated biased sample has been described, major technical constraints have been pointed out and optimal working conditions have been identified. In photoluminescence, we obtained a lifetime of 15 ns and a spin relaxation time of 5 ns. Pump-probe spectroscopy with an exceptional delay range shown that longer characteristic times could be obtained increasing the delay between two laser pulses.An other optical method has been used to study electrons in CdTe thin layers. Spin noise spectroscopy has recently emerged as an ideal tool to study dynamics of spin systems through their spontaneous fluctuations which are encoded in the polarisation state of a laser beam by means of Faraday rotation. Common spin noise setups provide only temporal fluctuations, spatial information being lost averaging the signal on the laser spot. Here, we demonstrate the first implementation of a spin noise setup providing both spatial and temporal spin correlations thanks to a wave vector selectivity of the scattered light. This gave us the opportunity to measure both the spin relaxation time and the spin diffusion coefficient. This complete vision of the spin dynamics in CdTe has been compared to our understanding of spin physics in GaAs. Against all odds, this knowledge seems not to be directly transposable from GaAs to CdTe

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Nilforoushan, Niloufar. "Out-of-equilibrium electron dynamics of Dirac semimetals and strongly correlated materials." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS573/document.

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Abstract:

Les matériaux quantiques ont récemment introduit en physique de la matière condensée pour unifier tous les matériaux dans lesquels les fortes corrélations électroniques gouvernent les propriétés physiques du système (e.g. les isolants de Mott) et les matériaux dont les propriétés électroniques sont déterminées par la géométrie de la fonction d’onde (e.g. matériaux de Dirac). Ces matériaux montrent des propriétés émergentes résultantes de l’intrication de différents degrés de libertés : la charge, le spin et le moment orbital, donnant lieu aux propriétés topologiques des électrons. L’étude de ces interactions et des compétitions entre les degrés de liberté pertinents nécessite l’utilisation de techniques pompe-sonde ultra-rapides. Particulièrement, les pulses laser femtosecondes interagissent uniquement avec les électrons pour les placer dans un état hors-équilibre décrit par des distributions de type non Fermi-Dirac. La dynamique subséquente implique de nombreux processus, avec un temps de relaxation relié aux constantes de couplage. De plus, dans les techniques résolues en temps, la lumière peut agir comme un paramètre externe, différent des paramètres thermodynamiques, pour explorer le diagramme de phase. Cela nous donne l’opportunité de stabiliser de nouveaux états inaccessibles par des chemins thermiques quasi-adiabatiques ou de manipuler les propriétés physiques des systèmes.Dans cette thèse, nous avons réalisé différentes expériences dans le but d’étudier les propriétés à l’équilibre et hors équilibre de deux matériaux corrélés: BaCo₁₋ₓNiₓS₂ et (V₁₋ₓMₓ)₂O₃.La première partie de ce projet a été dédiée principalement à l’étude de BaNiS₂, le précurseur métallique de la transition de Mott dans BaCo₁₋ₓNiₓS₂ . En utilisant l’ARPES, nous avons étudié la structure de bandes électroniques de BaNiS₂ dans toute la zone de Brillouin. L’expérience, combinée avec des calculs théoriques, révèle un nouveau type de cône de Dirac bidimensionel à caractère orbitalaire d et induit par les corrélations. Le croisement des bandes est protégé par les symétries particulières de la structure cristalline. Nous avons aussi mesuré la structure de bandes de l’isolant de Mott BaCoS₂ dans ses phases magnétique et non magnétiques.Dans la seconde partie, nous avons étudié la dynamique électronique hors équilibre de BaNiS₂ et (V₁₋ₓMx)₂O₃. Grâce à des mesures tr-ARPES et tr-Réflectivité, nous avons observé une renormalisation non thermique et ultra-rapide du cône de Dirac dans BaNiS₂. Ce phénomène est purement provoqué par les excitations électroniques et est stabilisé par l’intéraction entre les électrons et les phonons. De plus, en utilisant différentes techniques pompe-sonde (tr-XRD basé sur XFEL et tr-Réflectivité) nous avons aussi exploré des phases hors-équilibre du matériau prototype de Mott-Hubbard (V₁₋ₓMx)₂O₃ appartenant à différentes parties de son diagramme de phase. Nos résultats montrent une phase transitoire non thermique se développant immédiatement après la photoexcitation ultra-rapide et durant quelques picosecondes dans les phases métallique et isolantes. Cette phase transitoire est accompagné par une distorsion structural qui correspond à un durcissement du réseau et est marqué par un “blue shift” du mode phononique A₁g. Nos résultats soulignent l’importance du remplissage des orbitales aussi bien que des effets important des forts couplages électron-réseau sélectifs dans les matériaux fortement corrélés Quantum materials is a new term in condensed matter physics that unifies all materials in which strong electronic correlation governs physical properties of the system (e.g. Mott insulators) and materials whose electronic properties are determined by the geometry of the electronic wave function (e.g. Dirac materials). These materials show emergent properties– that is, properties that only appear by intricate interactions among many degrees of freedom, such as charge, spin and orbital, giving rise to topological properties of electrons. The study of these interactions and competitions between the relevant degrees of freedom demands applying ultrafast pump-probe techniques. Particularly, femtosecond laser pulses act only on the electrons and set them to an out-of-equilibrium state inexplicable by the Fermi-Dirac distribution. The ensuing dynamics involves various processes and the rate at which the relaxation occurs is related to the coupling constants. Moreover, in time-resolved pump-probe techniques light can act as an additional external parameter to change of the phase diagram – different from thermodynamic parameters. It gives us the opportunity of stabilizing new states inaccessible by quasi-adiabatic thermal pathways or eventually manipulating the physical properties of the systems.In this thesis, we performed different experiments in order to study the equilibrium and out-of-equilibrium properties of two correlated compounds: BaCo₁₋ₓNiₓS₂ and (V₁₋ₓMₓ)₂O₃.The first part of the project was mainly devoted to the study of BaNiS₂ that is the metallic precursor of the Mott transition in BaCo₁₋ₓNiₓS₂. By applying ARPES, we studied the electronic band structure of BaNiS₂ in its entire Brillouin zone. These results combined with some theoretical calculations give evidence of a novel correlation-induced and two-dimensional Dirac cone with d-orbital character. The band crossing is protected by the specific symmetries of the crystal structure. We also investigated the electronic band structure of the Mott insulator BaCoS₂ in its magnetic and nonmagnetic phases.In the second part, we studied the out-of-equilibrium electron dynamics of BaNiS₂ and (V₁₋ₓMx)₂O₃. By means of tr-ARPES and tr-reflectivity measurements, we observed an ultrafast and non-thermal renormalization of the Dirac cone in BaNiS₂ . This phenomenon is purely provoked by the electronic excitation and is stabilized by the interplay between the electrons and phonons. Moreover, by applying various pump-probe techniques (XFEL-based tr-XRD and tr-Reflectivity) we also explored the out-of-equilibrium phases of the prototype Mott-Hubbard material (V₁₋ₓMx)₂O₃ in different parts of its phase diagram. Our results show a transient non-thermal phase developing immediately after ultrafast photoexcitation and lasting few picoseconds in both metallic and insulating phases. This transient phase is followed by a structural distortion that corresponds to a lattice hardening and is marked by a “blue shift” of the A₁g phonon mode. These results underline the importance of the orbital filling as well as the strong effect of the selective electron-lattice coupling in the strongly correlated materials

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Beato, Medina Daniel. "Characterization of 2D architectures on metallic substrates by electron spectroscopy and microscopy." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4730/document.

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Abstract:

La physique des surfaces et nanosciences est une discipline qui permet la conception d’une diversité de matériaux innovants pour mieux répondre aux besoins de la technologie actuelle. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à caractériser les propriétés de différentes structures 2D élaborées sur des substrats d’argent en combinant différentes techniques d'analyses de surface.D'une part nous avons étudié des films 2D auto-assemblés à base de phtalocyanine de cobalt adsorbées sur Ag(100). Au régime de la monocouche, deux phases ont été essentiellement observées : la (5x5) et la (7x7). La spectroscopie de pertes d'énergie nous a permis de mettre en évidence deux mécanismes de transfert de charge métal/molécule différents en raison des sites d'adsorption différents.D'autre part, nous avons synthétisé, par évaporation d'atomes de silicium sur de l'Ag(111), du silicene en monocouche et multicouche. Ainsi nous avons entrepris des mesures dans le but de comprendre les propriétés structurales du silicene en multicouche. Pour cela nous avons engagé des mesures par spectroscopie de photoémission et diffraction de photoélectrons, et comparé nos données avec des simulations réalisées dans le cadre la diffusion multiple. Plusieurs hypothèses concernant la nature de ce matériau ont pu être testées. Par ailleurs nous avons étudié la fonctionnalisation du silicene par hydrogénation et adsorption de molécules de F4TCNQ Nanosciences and surface science are key elements in the conception of a diversity of innovative materials designed to better cope with the needs of current technology. Within this context, we have resolved to characterise the properties of different two-dimensional structures grown on silver substrates with the help of several complementary techniques of surface analysis.Firstly, we have studied auto-assembled 2D films of cobalt phthalocyanine on Ag(100) substrates. In situations with coverages close to the monolayer, two phases were observed: the (5x5) and the (7x7). The electron energy loss spectroscopy has allowed us to support the existence of two inequivalent charge transfer mechanisms between the substrate and the molecules due to differences in the adsoprtion sites. Secondly, we have synthesised both monolayer and multilayer silicene by evaporating silicon atoms on Ag(111) substrates. We have decided to delve into the characteristics of multilayer silicene as it’s less well-known than its monolayer counterpart. With this aim, the system has been subjected to experiments of photoemission spectroscopy and diffraction. In this manner, several hypotheses on the very nature of this material have been tested. On another matter also related to silicene, we have studied its functionalization by adsorption of F4TCNQ molecules and atomic hydrogen

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Marie, Xavier. "Spectroscopie optique dans les puits quantiques. Couplage electron-reseau : aspect statique et dynamique." Toulouse, INSA, 1991. http://www.theses.fr/1991ISAT0007.

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Abstract:

Deux aspects de la spectroscopie optique dans les puits quantiques sont abordes dans ce memoire. D'une part, on traite theoriquement et experimentalement des proprietes electroniques de puits quantiques contraints (in,ga)as/gaas. Un modele base sur la theorie elastique est formule afin d'interpreter les positions des raies spectrales observees. Nous avons applique cette etude physique au choix des caracteristiques des puits permettant l'optimisation des structures lasers. D'autre part, nous avons etudie experimentalement par spectroscopie de photoluminescence stationnaire et resolue en temps de refroidissement et la localisation sur les rugosites d'interface d'excitons dans des multi-puits quantiques gaas/algaas non couples. La modelisation de l'interaction exciton-phonon dans ces structures a puits quantiques met en evidence un renforcement du taux de perte d'energie des excitons du fait de l'interaction par potentiel de deformation acoustique par rapport au cas du massif. Un modele de localisation dependant de la temperature excitonique permettant de rendre compte des dynamiques experimentales d'excitons a basse temperature est formule

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Nataf, Guillaume F. "New approaches to understand conductive and polar domain walls by Raman spectroscopy and low energy electron microscopy." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS436/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur les propriétés structurales et électroniques des parois de domaines ferroïques ; il a pour objectif une meilleure compréhension des mécanismes de conduction dans les parois de domaines du niobate de lithium d’une part, et de la polarité des parois de domaine dans le titanate de calcium d’autre part. La première partie est consacrée aux interactions entre les défauts et les parois de domaine dans le niobate de lithium. L’observation d’une relaxation diélectrique de faible énergie d’activation et l’analyse de son comportement sous l’effet d’un recuit dans des échantillons avec et sans parois nous conduisent à proposer que les parois de domaines stabilisent des états polaroniques. Nous rapportons aussi l'évolution de modes Raman dans des échantillons congruents de niobate de lithium dopés de manière croissante en magnésium. Nous identifions des décalages en fréquence spécifiques aux parois de domaines. Les parois de domaines apparaissent alors comme des lieux de stabilisation des défauts polaires. Nous utilisons la microscopie électronique miroir (MEM) et la microscopie électronique de faible énergie (LEEM) pour caractériser les domaines et parois de domaines à la surface du niobate de lithium dopé magnésium. Nous démontrons que les réglages de la distance focale peuvent être utilisés pour déterminer la polarisation du domaine. Aux parois de domaines, un champ électrique latéral, provenant de différents états de charge de surface, est mis en évidence. Dans une seconde partie, nous étudions la polarité des parois de domaine dans le titanate de calcium. Nous utilisons la spectroscopie de résonance piézo-électrique pour mettre en évidence l’excitation de résonances élastiques par un signal électrique, ce qui est interprété comme une réponse piézoélectrique des parois de domaines. Une image directe des parois de domaine du titanate de calcium est obtenue par LEEM, et montre une différence de potentiel de surface entre domaines et parois. Ce contraste peut être modifié sous l’effet d’injection d’électrons, par un effet d’écrantage des charges de polarisation aux parois We investigate the structural and electronic properties of domain walls to achieve a better understanding of the conduction mechanisms in domain walls of lithium niobate and the polarity of domain walls in calcium titanate. In a first part, we discuss the interaction between defects and domain walls in lithium niobate. A dielectric resonance with a low activation energy is observed, which vanishes under thermal annealing in monodomain samples while it remains stable in periodically poled samples. Therefore we propose that domain walls stabilize polaronic states. We also report the evolution of Raman modes with increasing amount of magnesium in congruent lithium niobate. We identified specific frequency shifts of the modes at the domain walls. The domains walls appear then as spaces where polar defects are stabilized. In a second step, we use mirror electron microscopy (MEM) and low energy electron microscopy (LEEM) to characterize the domains and domain walls at the surface of magnesium-doped lithium niobate. We demonstrate that out of focus settings can be used to determine the domain polarization. At domain walls, a local stray, lateral electric field arising from different surface charge states is observed. In a second part, we investigate the polarity of domain walls in calcium titanate. We use resonant piezoelectric spectroscopy to detect elastic resonances induced by an electric field, which is interpreted as a piezoelectric response of the walls. A direct image of the domain walls in calcium titanate is also obtained by LEEM, showing a clear contrast in surface potential between domains and walls. This contrast is observed to change reversibly upon electron irradiation due to the screening of polarization charges at domain walls

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Pommeret, Stanislas. "Mecanismes primaires du couplage electron-especes protiques en phase aqueuse pure : etude par spectroscopie laser femtoseconde; approche quantique de l'interaction electron-eau." Paris 11, 1991. http://www.theses.fr/1991PA112050.

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Les travaux de cette these traitent des mecanismes de couplage entre un electron, des molecules d'eau ou des especes protiques (ion hydronium, radical hydroxyle). Deux etudes complementaires ont ete menees dans des phases aqueuses pures. La premiere etude, a caractere structural, correspond a une approche semi-quantique d'un etat totalement hydrate de l'electron. Les resultats obtenus montrent l'importance de la seconde sphere d'hydratation dans la localisation de cet electron a 77 et 300 kelvin. La seconde partie de ce travail se refere a l'etude de la dynamique des mecanismes reactionnels primaires dans l'eau et l'eau lourde a temperature ambiante: la reaction ion-molecule, la formation de paires radicalaires, la recombinaison geminee de l'electron avec le proton hydrate et de radical hydroxyle. La dynamique de ces reactions est etudiee par spectroscopie d'absorption, du proche ultra-violet au proche infra-rouge, resolue en temps a l'echelle de quelques dizaines de femtosecondes. L'analyse de ces processus primaires integre le caractere protique des molecules d'eau

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Piccardo, Marco. "Spectroscopie des processus photoélectriques dans les structures et dispositifs III-N." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLX056/document.

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Abstract:

Malgré les rapides progrès technologiques dans les nitrures, les propriétés intrinsèques des alliages de nitrures et les processus physiques qui gouvernent la physique de ces dispositifs sont encore mal connus. Au cours de mon travail de thèse, de nouvelles approches expérimentales et théoriques ont été développées pour aborder l’étude des mécanismes microscopiques qui gouvernent les propriétés électroniques des dispositifs à base de nitrures semi-conducteurs. Une nouvelle technique expérimentale permettant de mesurer directement la distribution en énergie des électrons de conduction d’une LED en fonctionnement est explorée. Cette approche permet l’observation directe de populations d’électrons chauds excités dans le dispositif optoélectronique sous injection électrique et émis dans l’ultravide. Une théorie récente de la localisation dans les systèmes désordonnés est appliquée aux matériaux et dispositifs optoélectroniques à base de nitrures. Cette méthode permet pour la première fois la détermination du paysage de localisation induit par le désordre d’alliage sans résoudre l’équation de Schrödinger. Expérimentalement, une signature claire du désordre d’alliage est observée par des mesures de spectroscopie de photocourant dans des puits quantiques d’InGaN sous forme d’une queue d’Urbach pour des excitations d’énergie inférieure à la largeur de la bande interdite. Ceci permet de définir une énergie caractéristique du désordre qui est en excellent accord avec les prédictions fournies par la nouvelle théorie de la localisation In spite of the rapid technological progress in nitrides, the intrinsic properties of nitride alloys and the physics of III-N devices are still not well understood. In the course of my thesis work, novel experimental and theoretical approaches to tackle the study of the microscopic mechanisms governing the electronic properties of nitride semiconductors have been developed. A new experimental technique allowing to directly measure the energy distribution of conduction electrons of an operating LED is explored. This approach allows the direct observation of hot electron populations excited in the optoelectronic device under electrical operation and emitted in ultra-high vacuum. A recent theory of localization in disordered systems is applied to nitride materials and optoelectronic devices. This method allows for the first time the determination of the localization landscape induced by alloy disorder without resorting to the Schrödinger equation. Experimentally, a clear signature of alloy disorder is observed by biased photocurrent spectroscopy of InGaN quantum wells in the form of an Urbach tail for below-gap excitation and is found to be in excellent agreement with the predictions given by the novel localization theory

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Zhou, Jianqiang. "Theory of electron spectroscopy : beyond the state-of-the-art." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLX017/document.

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Abstract:

Le sujet de cette thèse se place dans le cadre de la spectroscopie théorique. En particulier, je propose une nouvelle dérivation ab-initio pour trouver des approximations pour la fonction de Green (GF) à un corps. Cette approche conduit à une meilleure description du couplage fermion-plasmon dans le cadre de la théorie des perturbations à plusieurs corps (MBPT), qui peut être utilisée pour étudier la spectroscopie de photoémission directe et inverse.En spectroscopie de photoémission, un échantillon est irradié par des photons et des électrons sont émis. A partir de la différence d'énergie du photon incident et des d'électrons sortant, un grand nombre d'informations sur les propriétés de l'échantillon peut être obtenu, par exemple les structures de bandes ou la durée de vie des excitations. Dans une cadre de particules indépendantes, cette différence d'énergie correspond au niveau d'énergie d'une particule que l'électron émis occupait avant la mesure. Cela conduit à un pic très intense dans le spectre, avec un poids normalisé à un. En réalité, la photoémission n'est pas juste des photons entrants et des électrons indépendants sortants, car l'échantillon est un système à plusieurs corps en interaction. L'interaction de Coulomb et la nature anti-symétrique des fermions donnent lieu aux effets d'échange-corrélation, ce qui rend le problème fondamentalement difficile à résoudre. La description, la compréhension et la prédiction des effets de l'interaction de Coulomb sur les propriétés des matériaux a été, pendant des années, l'un des grands défis de la physique théorique de la matière condensée. Dans le cadre de cette thèse, on peut imaginer que, premièrement, la photoémission crée un trou (à savoir, un électron manquant) dans l'échantillon, ce qui provoque la relaxation de tous les électrons restants. En raison de l'interaction attractive entre les trous chargés positivement et les électrons chargés négativement, les électrons se déplacent vers les trous et créent des ''quasi-particules''. L'interaction effective entre les quasi-particules est l'interaction de Coulomb écrantée dynamiquement. Elle est en général plus faible que l'interaction de Coulomb nue. Par conséquent, la structure de bandes observée est celle de quasi-particules, qui diffère du résultat en particules indépendantes. Deuxièmement, lorsque le trou se propage dans l'échantillon les électrons restants peuvent présenter des oscillations collectives : réponse de la densité à la perturbation. Ce sont des excitations neutres avec une nature approximativement bosonique, parce qu'elles sont constituées par des paires de fermions.Le couplage du trou avec les excitations neutres conduit à des structures supplémentaires dans le spectre de photoémission, appelées satellites. Cela réduit le poids des quasi-particules qui est maintenant fractionnée. Le plus souvent, les satellites dominants sont dus à des plasmons, des oscillations collectives à longue portée, mais on peut aussi observer des transitions ou excitons interbandes ou d'autres satellites qui sont dus à des couplages plus complexes.Cela montre que pour avoir une bonne description de la spectroscopie de photoémission, nous devrions étudier la propagation de particules, ainsi que l'interaction entre les particules et les plasmons ou d'autres excitations. La fonction de Green donne l'amplitude de probabilité de particules se propageant d'un point à un autre. Sa partie imaginaire donne la funtion spectrale qui a un lien direct vers le spectre mesuré dans une expérience de photoémission. Les dérivations et approximations proposées dans cette thèse donnent une nouvelle façon de calculer la fonction de Green, ce qui améliore la description de la spectroscopie de photoémission. En outre, cela permet d'accéder à d'autres grandeurs qui peuvent être obtenues à partir de la fonction de Green à un corps, en particulier les énergies totales The topic of this thesis is situated in the framework of theoretical spectroscopy. In particular, I propose a new ab-initio derivation to find approximations for the one-body Green's function (GF) . This approach leads to an improved description of fermion-plasmon coupling in the framework of many-body perturbation theory (MBPT), which can be used to study direct and inverse photoemission spectroscopy. Although the observed phenomena have been well known before, my formulation yields a better description than previous state-of-the-art approaches. It answers several open questions, cures some fundamental shortcomings and suggests a way for systematic improvement.In photoemission spectroscopy, a sample is irradiated by photons and electrons are emitted. From the energy difference of the incoming photon and outgoing electron, a great deal of information on the properties of the sample can be obtained, e.g. the band structures or lifetimes of excitations. In an independent-particle picture, this energy difference corresponds to the one-particle energy level that the emitted electron was occupying before the measurement. This leads to a sharp peak in the spectrum, with weight normalized to one. In reality, photoemission is not just photons in and independent electrons out, because the sample is an interacting many-body system. The Coulomb interaction and the anti-symmetric nature of fermions give rise to the so-called exchange-correlation effects, which makes the problem fundamentally difficult to solve. The description, understanding and prediction of the effects of the Coulomb interaction on the properties of materials has been one of the big challenges of theoretical condensed matter physics for ages. In the framework of this thesis one can imagine that first, the photoemission creates a hole (i.e., a missing electron) in the sample, which causes all remaining electrons to relax. Due to the attractive interaction between positively charged holes and negatively charged electrons, the electrons move towards to the holes and dress them to create ''quasi-particles''. The effective interaction between quasi-particles is the dynamically screened Coulomb interaction. It is in general weaker than the bare Coulomb interaction. Consequently, the observed band structure is a quasi-particle band structure, which differs from the result of an independent-particles band structure calculation. Second, when the hole propagates in the sample the remaining electrons can show collective oscillations, the density response to the perturbation. These are neutral excitations with approximately bosonic nature, because they are constituted by pairs of fermions.The coupling of the hole to the neutral excitations leads to additional structures in the photoemission spectrum, called satellites. This reduces the quasi-particle weight that is now fractional. Most often, the dominant satellites are due to plasmons, collective long-range oscillations, but one can also observe interband transitions or excitons, or other satellites that are due to more complicated couplings.This overview shows that in order to have a good description of photoemission spectroscopy, we should study the propagation of particles, as well as the interaction between particles and plasmons or other excitations. The Green's function gives the probability amplitude of particles propagating from one point to another. Its imaginary part yields the spectral function that has a direct link to the spectrum measured in a photoemission experiment. The derivations and approximations proposed in this thesis give a new way to calculate the Green's function, which improves the description of photoemission spectroscopy. Moreover, it gives access to other quantities that can be obtained from the one-body Green's function, in particular total energies

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Wopperer, Philipp. "Electron photoemission from sodium and carbon clusters." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00860445.

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Abstract:

Des distributions angulaires (PAD) et des spectres (PES) de photoélectrons émis par des agrégats sous l'action des lasers à impulsions femtosecondes linéairement polarisées ou d'une impulsion instantanée sont calculés théoriquement dans un modèle basé sur la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TDDFT). Les systèmes finis étudiés sont de petits agrégats de sodium, des chaînes de carbone C_N (N = 3, 5, 7), et le célèbre buckminsterfullerène C_60. Le comportement de l'émission éléctronique est exploré en fonction de la taille, la forme, la structure électronique et ionique ainsi qu'en fonction des paramètres du laser. En outre, des procédures de détermination de la PAD d'un ensemble de molécules ou d'agrégats orientés de façon aléatoire, sont élaborées. Les résultats de la TDDFT sont de plus comparés aux modèles stationnaires et aux données expérimentales. Les méchanismes d'ionisation sont étudiés dans le régime à un photon et à multiphoton.

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Lourenço-Martins, Hugo. "Experiment and theory of plasmon coupling physics, wave effects and their study by electron spectroscopies." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS284/document.

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Abstract:

Les plasmons de surface (SP) sont des ondes électromagnétiques se propageant à l'interface entre deux milieux, typiquement un métal et un diélectrique. Les plasmons de surface ont la capacité de confiner le champ électromagnétique dans de très petite région de l’espace, typiquement quelques nanomètres, c’est à dire bien en dessous de la limite de diffraction de la lumière. Une conséquence de ce confinement sub-longueur d’onde de la lumière est que leur observation nécessite une résolution spatiale nanométrique - ce qui exclut l’utilisation de techniques optiques standard. Néanmoins, le microscope électronique en transmission à balayage (STEM) est un outil particulièrement adapté à l'étude des plasmons de surface car il emploie des électrons rapides ayant une longueur d’onde typique comprise entre 1 et 10 picomètres. Ainsi, durant la dernière décennie, les spectroscopies électroniques appliquées à la nano-optique se sont fortement développées, parmi elle comptent : la spectroscopie de perte d'énergie électronique (EELS), la spectroscopie cathodoluminescence (CL) ou l'interférométrie de Hanbury Brown et Twiss (HBT) appliquée à la CL. Dans cette thèse, j’ai exploré différents problèmes ouverts de la plasmonique et de la nano-optique dans le cadre particulier de la microscopie électronique. Dans le chapitre 3, je présente un formalisme prenant en compte à la fois la nature quantique et relativiste des expériences d’EELS en faisant appel notamment à des éléments de théorie quantique des champs. Dans le chapitre 4, nous démontrons que la réalisation d’une expérience d’EELS avec de tels faisceaux permet de mesurer des propriétés jusqu’alors inatteignable à l’échelle du nanomètre telle que la phase des plasmons, leurs chiralité optique voire même leur longueur de cohérence. Dans le chapitre 5, je présente plusieurs résultats théoriques et expérimentaux concernant des expériences de couplage. En particulier, j’étudie le phénomène contre-intuitif d’auto-hybridation qui est une conséquence de la nature non-hermitienne du problème aux valeurs propres associé aux résonances de plasmon et établit une analogie avec les systèmes quantiques ouverts. Enfin, au chapitre 6, je discute des récentes mesures de phonon réalisées dans un STEM grâce au développement de monochromateur électroniques Surface plasmons (SP) are electromagnetic waves propagating at the interface between two media typically a metal and a dielectric. SPs can confine electromagnetic fields in very short volumes (typically one to few nanometers), well below the light diffraction limit. This property has a tremendous number of applications ranging from fundamental physics (e.g. quantum optics) to applications (e.g. cancer therapy). However, the price to pay is that SPs suffer from huge ohmic losses in the metal which leads to very short lifetimes (typically few femtoseconds). Theoretically, this presence of dissipation dramatically hardens the theoretical description of SPs. Another consequence of the sub-wavelength confinement of light associated with SPs is that their observation requires a nanometric resolution - which excludes the use of standard optical techniques. Yet, the scanning transmission electron microscope (STEM) is a particularly suitable tool to study SPs as it employs fast electrons with typical wavelength from 1 to 10 picometers. Thus, the last decade has seen the tremendous development of electron-based spectroscopies applied to nano-optics such as electron energy loss spectroscopy (EELS), cathodoluminescence spectroscopy (CL) or STEM- Hanbury Brown and Twiss interferometry (HBT). In this thesis, I explored different open problems of plasmonics and nano-optics under the scope of electron microscopy and spectroscopies. In chapter 3, I develop a formalism taking into account both the quantum and relativistic nature of EELS experiments using elements of quantum field theory. In chapter 4, I apply the latter formalism to the case of EELS measurements of SPs using electrons with shaped phase. In chapter 5, I give several theoretical and experimental results on coupling experiments involving SPs. Particularly, I demonstrate a counterintuitive type of coupling, the so-called self- hybridization which is a consequence of the non-Hermitian nature of the LSP eigenproblem and draw analogy with open quantum system. Finally, in chapter 6, I discuss the recent result on vibrational EELS in monochromated STEM

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Rödel, Tobias. "Two-dimensional electron systems in functional oxides studied by photoemission spectroscopy." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS197/document.

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Abstract:

De nombreux oxydes de métaux de transition (TMOs) possèdent des propriétés physiques complexes (ferroélectricité, magnétisme, supraconductivité à haute Tc ou magnétorésistance colossale). Les différents degrés de liberté (le réseau, la charge, le spin ou l'ordre orbitalaire) interagissent pour donner des phases différentes, très proches en énergie, qui vont former une grande variété d'états fondamentaux accessibles. La possibilité de fabriquer des hétérostructures de TMOs a encore accru la complexité de ces systèmes, de nouveaux phénomènes apparaissant aux interfaces. Un exemple typique est le gaz d'électrons bidimensionnel (2DEG) créé à l'interface entre deux oxydes isolants, LaAlO3 et SrTiO3, qui montre une transition métal-isolant, du magnétisme ou de la supraconductivité (contrôlée par une tension de grille). Le point de départ de cette thèse a été la découverte d'un 2DEG similaire à la surface nue de SrTiO3 fracturée sous vide, rendant possible l'étude de sa structure électronique par photoémission angulaire.Dans cette thèse, l'étude de surfaces préparées, plutôt que de petites facettes fracturées, a permis l'obtention de données spectroscopiques possédant des largeurs de raie proches des valeurs intrinsèques. Il est alors possible d'étudier les effets à N corps comme la renormalisation de la self-énergie due à l'interaction électron-phonon.Ces recherches sur la structure électronique du 2DEG à la surface de SrTiO3 ont pris un tour nouveau lorsqu'une texture de spin complexe y a été mesurée par photoémission résolue en spin. Nous présentons des résultats qui contredisent ces conclusions et nous discutons des raisons pouvant expliquer ce désaccord.Une des motivations de cette thèse était de savoir si la structure électronique et les propriétés du 2DEG pouvaient être contrôlées. L'étude du 2DEG sur des surfaces (110) et (111) de SrTiO3 révèle que sa structure de bandes (ordre orbitalaire, symétrie de la surface de Fermi, masses effectives) peut être ajustée en confinant les électrons sur des surfaces de différentes orientations du même matériau.Un succès majeure est la mise en évidence de 2DEGs à la surface de nombreux autres TMOs (TiO2-anatase, CaTiO3, BaTiO3) ou d'oxydes plus simples utilisés dans les applications (ZnO). Dans tous ces oxydes, nous avons identifié les lacunes en oxygène comme étant à l'origine de la création des 2DEGs.Dans l'anatase, ou d'autres TMOs en configuration électronique initiale d0, les lacunes en oxygène produisent à la fois des électrons localisés ou itinérants (le 2DEG). Il peut être subtile de prévoir quel est le cas est le plus favorable énergétiquement comme le démontre l'étude de deux polymorphes de TiO2, anatase et rutile. Dans CaTiO3, l’octaèdre formé par les atomes d'oxygène autour du Ti est incliné. Cette rupture de symétrie provoque un mélange des orbitales d et modifie le 2DEG. Dans BaTiO3, la création d'un 2DEG entraîne la coexistence de deux phénomènes normalement incompatibles, la ferroélectricité et la métallicité, dans deux zones spatialement distinctes du même matériau. Ce travail démontre qu'un 2DEG existe aussi à la surface de ZnO qui est, contrairement aux oxydes à base de Ti, plutôt un semiconducteur conventionnel, le caractère des orbitales pour les électrons itinérants étant alors de type s et non de type d.Le principal résultat est la mise au point d'une méthode simple et versatile pour la création de 2DEGs en évaporant de l'aluminium sur des surfaces d'oxydes. Une réaction d'oxydo-réduction entre le métal et l'oxyde permet de créer un 2DEG à l'interface entre le métal oxydé et l'oxyde réduit. Dans cette thèse, les 2DEGs ont été étudiés uniquement par photoémission sous ultra-vide. Cette méthode ouvre la possibilité d'étudier ces 2DEGs dans des conditions de pression ambiante en utilisant, par exemple, des techniques de transport, un pas important vers la production de masse et à bas coûts de 2DEGs dans les oxydes pour de futures applications Many transition metal oxides (TMOs) show complex physics, ranging from ferroelectricity to magnetism, high-Tc superconductivity and colossal magnetoresistance. The existence of a variety of ground states often occurs as different degrees of freedom (e.g. lattice, charge, spin, orbital) interact to form different competing phases which are quite similar in energy. The capability to epitaxially grow heterostructures of TMOs increased the complexity even more as new phenomena can emerge at the interface. One typical example is the two-dimensional electron system (2DES) at the interface of two insulating oxides, namely LaAlO3/SrTiO3, which shows metal-to-insulator transitions, magnetism or gate-tunable superconductivity. The origin of this thesis was the discovery of a similar 2DES at the bare surface of SrTiO3 fractured in vacuum, making it possible to study its electronic structure by angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES).In this thesis, the study of well-prepared surfaces, instead of small fractured facets, results in spectroscopic data showing line widths approaching the intrinsic value. This approach allows a detailed analysis of many-body phenomena like the renormalization of the self-energy due to electron-phonon interaction.Additionally, the understanding of the electronic structure of the 2DES at the surface of SrTiO3(001) was given an additional turn by the surprising discovery of a complex spin texture measured by spin-ARPES. In this thesis data is presented which contradicts these conclusions and discusses possible reasons for the discrepancy.One major motivation of this thesis was the question if and how the electronic structure and the properties of the 2DES can be changed or controlled. In this context, the study of 2DESs at (110) and (111) surface revealed that the electronic band structure of the 2DES (orbital ordering, symmetry of the Fermi surface, effective masses) can be tuned by confining the electrons at different surface orientations of the same material, namely SrTiO3.A major achievement of this thesis is the generalization of the existence of a 2DES in SrTiO3 to many other surfaces and interfaces of TMOs (TiO2 anatase, CaTiO3, BaTiO3) and even simpler oxides already used in modern applications (ZnO). In all these oxides, we identify oxygen vacancies as the origin for the creation of the 2DESs.In anatase and other doped d0 TMOs, both localized and itinerant electrons (2DES) can exist due to oxygen vacancies. Which of the two cases is energetically favorable depends on subtle differences as demonstrated by studying two polymorphs of the same material (anatase and rutile).In CaTiO3, the oxygen octahedron around the Ti ion is slightly tilted. This symmetry breaking results in the mixing of different d-orbitals demonstrating again why and how the electronic structure of the 2DES can be altered.In BaTiO3, the creation of a 2DES results in the coexistence of the two, usually mutual exclusive, phenomena of ferroelectricity and metallicity in the same material by spatially separating the two.Moreover, this work demonstrates that the 2DES also exists in ZnO which is - compared to the Ti-based oxides - rather a conventional semiconductor as the orbital character of the itinerant electrons is of s and not d-type.The main result of this thesis is the demonstration of a simple and versatile technique for the creation of 2DESs by evaporating Al on oxide surfaces. A redox reaction between metal and oxide results in a 2DES at the interface of the oxidized metal and the reduced oxide. In this thesis the study of such interfacial 2DESs was limited to photoemission studies in ultra high vacuum. However, this technique opens up the possibility to study 2DESs in functional oxides in ambient conditions by e.g. transport techniques, and might be an important step towards cost-efficient mass production of 2DESs in oxides for future applications

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Mongin, Denis. "Spectroscopie ultrarapide de nanoparticules métalliques et hybrides." Thesis, Lyon 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LYO10129/document.

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Abstract:

L'utilisation d'un montage expérimental pompe-sonde a permis l'étude de différentes propriétés physiques typiques de différentstypes de nano-objets. Tout d'abord, l'étude sélective d'un transfert d'électron dans un nano-hybride semi-conducteur/métal composé d'un nano-bâtonnet de CdS et d'une nanoparticule d'or en contact direct avec le semi-conducteur, a prouvé l'existence du transfert de charge entre les deux composants du nano-hybride et montré que ce phénomène intervient pour des temps caractéristiques inférieurs à 15 femtosceondes. L'étude des propriétés optiques des nanoparticules d'or ayant reçu les charges transférées a montré que l'ajout de quelques charges négatives à de petites nanoparticules d'or provoque un décalage de la résonance palsmon dans le rouge du spectre. Ensuite, la mesure des modes de vibrations fondamentaux de nano-objets métallique (spériques ou sphéroïdaux) encapsulés par une couche encapsulés par une couche diélectrique ou métallique nous a permis d'obtenir des informations sur les épaisseurs relatives des différentes couches composants les nano-objets étudiés ainsi que sur les la qualité du contact entre ces couches. Enfin, l'étude du temps typique d'interaction électron-phonon dans des nanoparticules métalliques a mis en évidence que deux méthodes de mesure optique de ce temps par spectroscopie ultrarapide sont pôssibles, et que des effets de transitions entre un comportement type "peti solide" et un comportement moléculaire sont observable pour des nanoparticules de moins de 250 atomes The usse of a pump-probe experimental setup allowed the study of different specific physical properties of different types of nano-objects. First, the selective study of an hybrid nanoparticles comosed of a CdS nanostick and a particle directly groxwn on the semiconductor part proved the existence of a transfer between the two part of the hybrid nanoparticle and showed that this phenomenon occurs in less than 15 femtosecondes. The study of optical propertie of gold nanoparticles with an extra charge due to the transfer showed that adding few electrons to a small gold nanoparticles leads to a red shift of the plasmon resonance. Secondly, measurment of the period of fundamental vibration modes of a bilayer nano-object (spheric or elongated) composed of a metallic core and a dielectric or metallic shell lead to information on the relative thickness of the layers and the contact quality between them. LAstly, the study of the characteristic time of electron-phonon interactions in metallic nanoparticles has proven that there are two different methods of measuring this characteristic time, and its investigation for small nanoparticles (less than 250 atoms) leads to the observation of a transition form a "bulk" to a molecular behaviour

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Mrezguia, Hela. "Croissance et propriétés électroniques du silicène hétéroépitaxié sur B : Si(111)-(√3×√3)R30° et Ag/Si(111)-(√3×√3)R30°." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2020. http://www.theses.fr/2020AIXM0502.

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Abstract:

Ce travail expérimental porte sur la synthèse du silicène hétéroépitaxié sur des substrats Si(111) passivés par des atomes de bore ou d’argent. L’adsorption à température contrôlée d’une quantité de Si proche d’une monocouche sur les substrats B:Si(111)-(√3×√3)R30° et Ag/Si(111)-(√3×√3)R30°, mène à la formation, sur chaque substrat, d’une couche bidimensionnelle de Si, compacte et bien ordonnée, qui adopte la symétrie du substrat, que nous attribuons au silicène hétéroépitaxié. Nous avons utilisé le LEED, AES, IPES/ARIPES. La mesure du courant absorbé (TCS) et l’évolution du travail d’extraction indiquent de fortes perturbations des propriétés électroniques de la couche de charge d’espace du substrat. Celle-ci s’accompagne de la disparition des états de surface de chaque substrat, remplacés par de nouveaux états électroniques UB et U0 caractéristiques, aux profils de dispersion sans rapport avec la symétrie (√3×√3)R30°. Sur Ag/Si(111)-(√3×√3)R30°, la disparition de l’état bidimensionnel S1 d’électrons quasi-libres, à la dispersion parabolique, provoque une transition métal/isolant. Les positions énergétiques des états UB et U0, éloignées de EF, indiquent une interaction significative avec le substrat, bien que non-covalente, impliquant un transfert de charges spatialement inhomogène du silicène avec le substrat. Mesurés par ARIPES, les profils de la dispersion des états inoccupés UB et U0 caractéristiques de la couche 2D ordonnée de Si apparaissent compatibles avec la symétrie d’une monocouche de silicène orientée, qui fait correspondre la direction Γ-M√3 de la première zone de Brillouin de la reconstruction (√3×√3)R30° avec la direction Γ-KSilicene du silicène We realized the heteroepitaxy of silicene on Si(111) substrates passivated in two ways, either by B or Ag atoms. We deposited Si atoms on the UHV-prepared substrates B:Si(111)-(√3×√3)R30° and Ag/Si(111)-(√3×√3)R30° kept at controlled temperatures. we used LEED, AES, IPES/ARIPES. According to LEED, the adsorption of roughly one monolayer of Si on both substrates leads to the formation of a compact Si bidimensional layer which adopts the (√3×√3)R30° symmetry of the substrates. TCS and the evolution of the work function indicate strong perturbations of the substrate space-charge layer, while IPES reveals the disappearance of the surface states characteristic of each substrate. On Ag/Si(111)-(√3×√3)R30°, the disappearance of the well-known S1 « free-electron-like » surface state induces a metal/insulator transition. Instead of these surface states, new unoccupied electronic states UB and U0 appear which are associated to silicene on each substrate, with dispersions profiles which do not show the characteristics of a (√3×√3)R30° symmetry. Their limited overall bandwidths (resp. ~0.3 and ~0.45 eV) indicate rather large effective masses for electrons and suggest possible correlation effects which could justify the rather large measured bandgaps (resp. 2 eV and ~1 eV). The positions of UB and U0, far from the Fermi level, manifest a non-covalent but sizable interaction silcene/substrate, most probably a charge transfer which may be spatially inhomogeneous. The dispersion profiles of UB and U0 measured by ARIPES are compatible with the symmetry of a silicene layer with the Γ-KSilicene direction oriented along the Γ-M√3 direction of the reconstruction (√3×√3)R30°

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Soroushian, Behrouz. "Solvatation de l'électron dans l'éthylène glycol : étude par spectroscopie d'absorption résolue en temps à l'échelle femtoseconde." Paris 11, 2004. http://www.theses.fr/2004PA112263.

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Abstract:

En raison de sa viscosité relativement élevée, de l'analogie de ces molécules avec celles de l'eau et du méthanol et de l'existance de deux groupements OH sur chaque molécule, l'éthylène glyol est un bon candidat pour étudier les mécanismes de la solvatation de l'électron. Un montage de spectroscopie d'absorption résolue en temps à l'échelle femtoseconde a été réalisé permettant de mesurer les spectre d'absorption dans une gamme spectrale allant de 400 à 750 nm. L'électron solvaté est produit par la photoionisation de l'éthylène glycol par un faisceau pompe à 263 nm et selon un processus d'absorption de deux photons. L'évolution du spectre d'absorption de l'échantillon a mis en évidence une localisation rapide de l'électron par les molécules de l'éthylène glycol. Le changement global de l'absorption du solvant est analysé d'abord par un modèle faisant intervenir trois états de l'électron, quasi-libre, présolvaté et solvaté. Ensuite un autre modèle a été employé dans lequel on considére qu'après la transition discrète de l'électron quasi-libre à l'électron solvaté cette entité évolue de façon continue pour devenir l'électron solvaté à l'état d'équilibre. La recombinaison géminée des électrons solvatés dans l'éthylène glycol a été étudié et le coefficient de diffusion mutuelle ainsi que la distance de séparation initiale ont été détérminés. Nous avons également étudié la réaction des électrons solvatés et les ions d'argent. Les expériences de la photolyse impulsionnelles nous ont permit d'étudier la dépendance de la constante de vitesse de la réaction en fonction de la distance entre les réactants Because of its relatively high viscosity, analogy of the molecule with those of water and methanol and because of having two OH-groups, the ethylene glycol is an interesting media for studying solvation mechanisms of electron. A pomp-probe setup for transient absorption spectroscopy was realised and allowed the spectral measurements over a range of 400 to 750 nm. The solvated electrons were produced in the solvent using a pomp pulse at 263 nm. Time dependent evolution of the sample's absorption spectra show a fast localisation of the ejected electrons by its molecules. The overall evolution of the absorption spectra was described firstly by a model considering discrete transformations between three electron states: quasi-free, presolvated and solvated. In a second model we supposed that after discrete transformation of the quasi-free electron to the presolvated electron, this entity is continuously relaxed to the solvated electron in its equilibrium state. Geminate recombination of the solvated electrons in the ethylene glycol is studied and the coefficient of mutual diffusion and initial separation distance between the ejected electrons and their geminate counterparts are determined. We were studied reactions of the solvated electrons and the silver ions. The photlysis experiments made us able to study dependencies of the reaction rate constant to the distance between reactants

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Torche, Abderrezak. "Simulations ab-initio des spectres Raman résonants dans le graphène, les multicouches de graphène et le graphite." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066522/document.

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Abstract:

Les multicouches de graphène en empilement rhomboédrique sont considérés comme une phase prometteuse du carbone. Cela est due à la particularité de cette phase de pouvoir exhiber des états à forte corrélation électronique comme le magnétisme ou la supraconductivité à haute température critique. Ce qui est due, a son tour, à l’occurrence d’un état de surface avec une dispersion d’énergie électroniques quasi-nulle à proximité du niveau de Fermi. Malgré que le graphite Bernal soit la forme la plus stable du graphite, des échantillons a trois et quatre couches de graphène en empilement rhomboédrique ont pu être synthétisés. Plus récemment, des flocons d’épaisseur dépassant les 17 couches ont été isolés et provisoirement attribués à des séquences d’empilement rhomboédrique. Cette attribution à été faite via des expériences de spectroscopie Raman sous champ magnétique, bien que l’empreinte Raman des multicouche de graphène en empilement rhomboédrique est actuellement inconnue. Même le cas simple du spectre Raman résonnant à deux phonons (le pic 2D) du graphite Bernal n’est pas totalement compris. Dans ce travail de thèse, nous fournissons une description ab-initio complète du pic Raman 2D dans les systèmes de graphène à trois et quatre couches pour tous les empilements possibles, ainsi que pour le graphite Bernal, rhomboédrique et une alternance de graphite Bernal et rhomboédrique Multi-layer graphene with rhombohedral ABC stacking is considered as a promising carbon phase possibly displaying correlated states like magnetism or high-T c superconductivity due to the occurrence of an ultraflat electronic surface band at the Fermi level. Despite Bernal graphite being the most stable form of graphite, three and four layers graphene samples with rhombohedral stacking can be synthesized. Recently, flakes of thickness up to 17 layers were tentatively attributed ABC sequences although the Raman fingerprint of rhombohedral multilayer graphene is currently unknown and the 2D two-phonon resonant Raman spectrum of Bernal graphite not completely theoretically understood. Here we provide a complete first principles description of the 2D Raman peak in three and four layer graphene for all possible stackings, as well as for bulk Bernal, rhombohedral and an alternation of Bernal and rhombohedral graphite, that can be seen as a periodic sequence of ABA and ABC trilayers. Calculations for several laser energies are performed and we give practical prescriptions are proposed to identify long range sequences of ABC multi-layer graphene flakes

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Ramond, Céline. "Probing the femtosecond dynamics of laser-cluster interaction via X-ray and electron spectroscopy : = Sonder la dynamique sub picoseconde de l'interaction laser agrégats par spectroscopie X et d'électrons énergétiques." Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066272.

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Abstract:

Ce travail de thèse a consisté en l’étude de la dynamique sub-picoseconde de l’interaction laser-agrégats d’argon par spectroscopie X et d’électrons énergétiques. Une attention particulière à été portée à la mesure précise de l’intensité seuil en éclairement laser nécessaire pour la production de lacune en couche interne. L’évolution de ce paramètre clé avec la durée d’impulsion doit en effet permettre de révéler la compétition temporelle entre les mécanismes de chauffage des électrons et l’expansion de l’agrégat. Ces mesures, réalisées pour deux longueurs d’onde du laser, 400 et 800 nm, ont permis de confirmer des résultats expérimentaux précédents: des valeurs extrêmement basses ont été trouvées, de l’ordre de 1014W/cm2, mais ici pour des durées d’impulsion supérieures à 800 fs en lumière IR et 600 fs pour le bleu. Pour cette valeur d’intensité laser, seul l’ionisation des premiers électrons des atomes d’argon est possible par effet tunnel, démontrant ainsi que la production d’Ar1+ est le processus d’allumage pour la production de rayonnement X issu de la désexcitation d’ions multichargés Arq+. Il a aussi été possible, pour la première fois, d’étudier l’influence unique de la longueur d’onde sur l’efficacité des mécanismes de chauffage des électrons. Nous avons montré que sur la gamme de durées d’impulsion étudiée, i. E. Jusqu’à 735 fs, la probabilité d’ionisation en couche interne est toujours 10 fois supérieur en IR qu’en bleu, mettant en défaut les résultats présents dans la littérature. Enfin, nous avons démontré expérimentalement une forte corrélation entre l’émission X et la partie haute énergie de la distribution énergétique des électrons The work performed during my thesis aims to study the sub-picosecond dynamics of laser- argon cluster interaction using X-ray and energetic electron spectroscopy. One of the key parameter to reveal the temporal competition between the electron heating mechanisms and the cluster expansion is the laser intensity threshold needed to create inner-shell vacancy in cluster atoms. Its evolution with pulse duration has been measured very accurately for two wavelengths, 400 and 800 nm. For long pulse durations, typically more than 800 fs in IR light and 600 fs in blue light, this intensity threshold is a low as 1014 W/cm2, confirming previous results at 610 fs. At this laser intensity, only ionization of the least bound electrons of the argon atom is possible via tunnel effect. This demonstrates that the production of Ar1+ is the ignition process for production of K-shell vacancy in highly charged Arq+. It has also been possible to compare, for the first time, the efficiency of the electron heating mechanisms between both wavelengths (400 and 800 nm) under similar experimental conditions. The mid- IR light is found to be always 10 times more efficient than blue light to create inner-shell vacancies, whatever the pulse duration up to 635 fs. This finding is in clear disagreement with the results present in the literature, as a -6 scaling law was found. Finally, by recording electron energy distribution under the same experimental conditions than the X-ray yield, we demonstrated a strong correlation between the high energy tail of the electron distribution (for energy typically higher than the inner-shell binding energy of the argon atom) and the X-ray emission

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Peña, Manchón Francisco Javier de la. "Advanced methods for Electron Energy Loss Spectroscopy core-loss analysis." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112379.

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Abstract:

Les microscopes électroniques en transmission modernes sont capables de fournir une grande quantité d'informations sous la forme de jeux de données multi-dimensionnelles. Bien que les procédures développées pour l'analyse des spectres uniques soient utilisables pour le traitement de ces données, le développement de techniques plus avancées est indispensable pour une exploitation optimale de ces informations hautement redondantes. Dans ce contexte, nous avons exploré des alternatives aux méthodes standard de quantification, et cherché à optimiser les acquisitions expérimentales afin d'améliorer la précision des analyses. Cela constitue une réponse aux défis actuels de la spectroscopie de perte d'énergie d'électrons (EELS) dont les facteurs limitants sont souvent liés aux dégâts d'irradiation et à la contamination. La quantification élémentaire par la méthode standard d'intégration est limitée aux cas simples. Nous avons montré que l'utilisation d'une méthode basée sur l'ajustement des courbes expérimentales peut surmonter la plupart des limitations de la méthode standard. Cette nouvelle méthode nous a non seulement permis d'obtenir des cartographies élémentaires mais aussi les premières cartographies des liaisons chimiques à l'échelle nanométrique. Les méthodes quantitatives exigent de connaître à priori la composition de l'échantillon, ce qui constitue une difficulté majeur lors de l'analyse d'échantillons inconnus. Nous avons montré que les méthodes de séparation aveugle des sources permettent une analyse rapide et efficace des données multi-dimensionnelles, sans nécessiter la définition d'un modèle. En conditions optimales, il est ainsi possible d'extraire à partir des données expérimentales les signaux correspondants aux différents constituants chimiques ainsi que leur distribution dans l'échantillon Modern analytical transmission electron microscopes are able to gather a large amount of information from the sample in the form of multi-dimensional datasets. Although the analytical procedures developed for single spectra can be extended to the analysis of multi-dimensional datasets, for an optimal use of this highly redundant information, more advanced techniques must be deployed. In this context, we investigate alternatives to the standard quantification methods and seek to optimise the experimental acquisition for accurate analysis. This addresses the current challenges facing the electron energy-loss spectroscopy (EELS) community, for whom beam damage and contamination are often the limiting factors. EELS elemental quantification by the standard integration method is limited to well-behaved cases. As an alternative we use curve fitting which, as we show, can overcome most of the limitations of the standard method. Furthermore, we extend the method to obtain, in addition to elemental maps, the first bonding maps at the nanoscale. A major difficulty when analysing multi-dimensional datasets of samples of unknown composition is that the quantitative methods require as an input the composition of the sample. We show that blind source separation methods enable fast and accurate analysis of multi-dimensional datasets without defining a model. In optimal conditions these methods are capable of extracting signals from the dataset corresponding to the different chemical compounds in the sample and their distribution

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Goldsztejn, Gildas. "Processus de corrélations électroniques dans la photoionisation d'atomes et de molécules en couche profonde." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066221/document.

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Abstract:

Le rayonnement synchrotron dans la gamme d'énergie des rayons X tendres (2-13 keV) permet l'excitation/ionisation d'atomes et de molécules en couche profonde. Les états ainsi peuplés ont des durées de vie ultra-courtes, de l'ordre de la femtoseconde. Les atomes vont alors se relaxer par émission d'un photon ou d'un électron. Dans cette thèse, nous avons utilisé la spectroscopie d'électrons afin d'étudier les différents processus induits par l'interaction entre la matière et un rayonnement très énergétique. Dans la première partie, la durée de vie des états électroniques excités est utilisée comme une horloge interne permettant la mesure du mouvement nucléaire à l'échelle de temps sub-femtoseconde. Les élargissements naturels dus à la durée de vie des états électroniques peuplés sont suffisamment grands pour que ces états se recouvrent, permettant l'excitation simultanée de plusieurs états intermédiaires pouvant causer des phénomènes d'interférences lors de l'étape de relaxation. C'est le sujet de la deuxième partie de cette thèse, où nous présentons un modèle permettant d'extraire ces termes d'interférences. Dans la dernière partie, nous montrons qu'il est également possible de peupler des états électroniques multiplement excités/ionisés, et que notre dispositif expérimental permet d'en extraire les durées de vie, ainsi que de résoudre toutes les contributions se recouvrant dans les spectres d'électrons. Le fil d'Ariane de ce travail est de tenter d'appréhender les différents processus de corrélations électroniques suite à l'excitation du système étudié via un photon de haute énergie, comme le partage d'excès d'énergie ou de moment angulaire entre plusieurs électrons Synchrotron radiation in the tender x-ray energy range (2-13 keV) allows deep core-shell excitation/ionization of atoms and molecules. The electronic states populated have ultrashort lifetimes, in the order of one femtosecond. The atoms will then relax through emission of a photon or an electron. In this thesis, we used electron spectroscopy as a tool to study the different processes implied by the interaction between the matter and highly energetic radiation. In the first part, the lifetime of the excited electronic states is used as an intern clock allowing to measure nuclear dynamics in the sub-femtosecond timescale. The lifetime broadenings of the populated electronic states are large enough so that these states overlap, thus allowing their coherent excitation which may lead to interferences phenomena during the relaxation step. This is the subject of the second part of this work, in which we present a model that allows the extraction of these interference terms. In the last part, we show it is also possible to form multiply excited/ionized electronic states, and that our experimental setup allows to measure their lifetimes, and the disentanglement of the many contributions overlapping in the electron spectra. The Ariadne’s thread of this work is to try to apprehend the different electronic correlation processes following the excitation of the studied system by a highly energetic photon, such as how electrons share the incident excess energy or the angular momentum transferred by the incident photon

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Badjeck, Vincent. "Etude par spectro-microscopie électronique d'aciers ODS non irradiés et implantés par hélium." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS086.

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Abstract:

Des aciers renforcés par dispersion de nano-particules d'oxide de titane et d'yttrium (Y-Ti-O ODS), irradiés et non irradiés, ont été éxaminés par microscopie électronique en transmission à balayage couplée à la spectroscopie de perte d'énergie des électrons (STEM-EELS) pour étudier leurs structures chimiques et les effets des radiations. Des méthodes analytiques telles que l'analyse statistique multivariée (MVA) et l'ajustement de courbes sur les spectres EELS sont utilisées afin de réaliser une quantification élémentaire ou d'étudier les structures fines des seuils (ELNES). Les traitements MVA permettent d'extraire les réponses spectrales indépendantes des spectre-images (SI) pour mieux comprendre la distribution spatiale des états de valence des différentes expèces. L'observation de poudres d'ODS après le broyage (MA) montre que les nano-particules (NPs) précipitent durant le traitement thermique qui suit, (consolidation). Pour les échantillons consolidés et non irradiés, les particules de taille moyenne (> 3-4 nm) adoptent une structure pyrochlore imparfaite (Y2Ti2O7-d) avec une structure coeur-coquille (Y-Ti-O)-Cr complétée par une couche de Ti réduit également dépourvue en Y. Une ségrégation de Cr est également observée aux joints de grains. Le ratio O/Ti de 3.2 et la non homogénéité de la distance entre plans (222) est due à des défauts dans la structure de la particule, confirmant ainsi qu'elles présentent de nombreux défauts et sont non stoechiométriques. L'ICA nous permet de générer des cartes d'état de valence mais aussi d'extraire une réponse interfaciale Ti-Cr; à l'interface, les atomes Ti et Cr diffusent sur une distance de quelques Å. Pour les plus petites particules, nos résultats montrent qu'elles peuvent consister soit en une structure pyrochlore hautement déficiente en oxygène (Y2Ti2O6+d) soit en une structure chimique inconnue YaTibOc. Le ratio O/Ti diminue de 3-3.5 vers des valeurs inférieures à 1 pour des tailles allant de 4 à 1.8 nm. Les plus grandes particules (de quelques dizaines à quelques centaines de nm), des oxides et/ou nitrures Ti-O, N-Ti, Y-Ti-O ne représentent qu'une faible proportion du nombre total des NPs (< 1%). Pour étudier les effects des irradiations aux neutrons, un certain nombre d'échantillons ODS furent implantés avec des ions He+ et irradiés avec des ions Fe+. Après l'irradiation et l'implantation, une distribution homogène de bulles d'He à haute pression est observée ainsi que des déplétions, ségrégations et précipitations de Cr induites par irradiation (RID, RIS et RIP). Les bulles sont fréquemment observées piégées à l'interface NP-matrice, cependant elles sont aussi observées piégées par des dislocations, libres dans la matrice et aux joints de grains. Le seuil He-K (21.218 eV pour les atomes libres) se déplace vers des énergies plus hautes (ΔE = 0.5 à 4 eV); nous montrons que ce déplacement est corrélé avec la densité d'He. La quantification de l'He est réalisée à l'aide de trois méthodes différentes: différence spatiale, ajustement de courbes, MVA. Les valeurs de la densité et de la pression atteignent 100 nm-3 et 8 GPa respectivement. Cependant, avec des barres d'erreur pouvant atteindre 30%, les mesures de la pression sont plutôt semi-quantitatives. La méthode d'ajustement de courbes permet une cartographie de la position et de l'intensité du pic He-K et donc une cartographie de la densité pour des bulles individuelles. Les réponses spectrales de bulles individuelles peuvent être extraites d'un SI contenant plusieurs bulles à différentes densités en utilisant l'ICA ou l'analyse de la composante vertex (VCA). Nos mesures montrent que les bulles plus grandes que 4 nm sont sous préssurisées ou à l'équilibre avec la matrice Fe-Cr. En dessous de 3.5 nm, la pression de l'He augmente rapidement, correspondant à un état surpressurisé Irradiated and non-irradiated (Y-Ti-O) oxide-dispersion-strengthened (ODS) steels are investigated by scanning transmission electron microscopy coupled with electron energy-loss spectroscopy (STEM-EELS) to study their chemical structure and the effects of radiation. Analytical methods such as multivariate statistical analysis (MVA) and EELS curve-fitting are carried out to achieve elemental quantification or study the edge fine structures (ELNES). Using MVA, the spectrum-images (SI) can be separated into independent spectral responses to gain insights into the valence state of various elements such as Ti or Cr. Investigations on post-mechanical-alloyed (MA) powders show that the nanoparticle (NP) precipitation occurs only after a further high-temperature treatment (consolidation). In non-irradiated consolidated samples, medium-sized NPs (> 3-4 nm) are found to adopt a Y2Ti2O7-d defective pyrochlore structure with a (Y-Ti-O)-Cr core-shell structure with a reduced-Ti layer also depleted in Y. Cr is also shown to segregate to the grain boundaries in non-irradiated samples. The measured O/Ti ratio of 3.2 found for medium-sized NPs and the observed non-homogeneity of the inter-reticular distance d222 through the particle is interpreted as being due to defects in the particles’ structure; it is indeed confirmed that Y2Ti2O7 medium-sized NPs in ODS steels present numerous defects and are non-stoichiometric. The Ti oxidation state is shown to vary from the centre of the NPs to their periphery from Ti4+ in distorted Oh symmetry to a valency often lower than 3+. Independent component analysis (ICA) allows us to generate bonding maps and extract a Ti-Cr interfacial response. An inter-diffusion of Ti and Cr atoms is observed at this interface. The smallest NPs present a different and ill-defined structure and interface with the Fe-Cr matrix. They either consist of a highly oxygen-deficient pyrochlore structure (Y2Ti2O6+d) or an unknown YaTibOc chemical structure. The O/Ti ratio decreases from 3-3.5 to below 1 for an NP size going from 4 to 1.8 nm. A few large particles (sized from tens to hundreds of nm) present a N-Ti-O or Ti-O chemistry but represent only a small percentage of all the NPs (< 1%). To study the neutron irradiation-induced changes, a number of ODS samples were implanted with He+ ions and irradiated with Fe+ ions. After irradiation, they display a homogeneous distribution of high-pressure He bubbles and radiation-induced Cr depletion, segregation and precipitation (RID, RIS and RIP). The He bubbles are frequently trapped at the NP-matrix interface, although bubbles can exist freely in the matrix, trapped by dislocations and at grain boundaries. The He-K line (21.218 eV for free atoms) shifts to higher energy in the bubbles (ΔE = 0.5 to 4 eV); this is shown to be correlated with the He density. He quantification is carried out with three different methods: spatial difference, curve-fitting and MVA. The density and pressure values are found to reach 100 nm-3 and 8 GPa respectively, although the pressure measurement is only semi-quantitative given that the error bars can reach 30%. The curve-fitting method allows us to map the He-K energy position and intensity, yielding the density, in individual bubbles. The spectral response of individual bubbles can be separated in an SI containing many bubbles at different densities using ICA or vertex component analysis (VCA). Bubbles larger than 4 nm are shown to be under-pressurized or at equilibrium with the Fe-Cr matrix. Below 3.5 nm, the He pressure is shown to increase markedly, passing into the over-pressurised regime

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NUR, MUHAMMAD. "Etudes des décharges couronne dans l'argon et l'azote très purs : transport des charges, spectroscopie et influence de la densité." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1997. http://www.theses.fr/1997GRE10297.

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Cette these presente les resultats des etudes electriques et spectroscopiques des decharges couronnes en geometrie point-plan dans l'argon et l'azote tres purs (de la densite du gaz au liquide). Les phenomenes du transport des porteurs de charge tels que la mobilite des porteurs (electron et ions) et sa dependance avec la densite et la purete du fluides ont ete etudies a partir des mesures electriques. L'analyse spectroscopique a ete effectuee dans la zone d'ionisation (plasma hors-equilibre) : pour l'argon, les effets de la pression sur les raies atomiques tels que l'elargissement et le deplacement ont ete etudies. Dans la zone d'ionisation, les temperatures d'excitation (t#e#x#c. ), electronique (t#e) et du plasma (t#p) ont ete determinees, en utilisant l'emission des raies atomiques et le fond continu. Nous avons egalement distingue entre la zone d'ionisation et la zone de transport a partir de l'etude spatio-temporelle des spectres d'emission des raies atomiques et celui du rayonnement continu. Pour l'azote, les spectres d'emissions de la molecule excitee et de la molecule ionisee sont montres et analyses. A l'aide de l'analyse spectrale du deuxieme systeme positif (c#3u-b#3g) de n#2 et du premier systeme negatif (b#2#+#u - x#2#+#g) de n#2#+, nous avons determine les differentes temperatures (rotationnelle t#r t#p, vibrationnelle t#v et electronique t#e) de la zone de la decharge luminescente continue. L'etude spatio-temporelle des spectres d'emission dans cette decharge, nous a permis de distinguer la zone d'ionisation et la zone de transport a partir de l'analyse de l'emission des radicaux comme nh et cn. Nous discutons les resultats obtenus en les confrontant avec ceux obtenus par d'autres auteurs et par fois avec la theorie correspondente.

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Calka, Pauline. "Nanocaractérisation d'oxydes à changement de résistance pour les mémoires résistives." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00770174.

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Abstract:

En raison de leur faible consommation d'énergie, les mémoires non volatiles (MNV) sont En raison de leur faible consommation d'énergie, les mémoires non-volatiles sont particulièrement intéressantes pour l'électronique portative (clé USB, téléphone, ordinateur portable ...). Les mémoires Flash, qui dominent le marché, atteignent leurs limites physiques et doivent être remplacées. L'introduction de nouveaux matériaux et architectures mémoire est proposée. Les mémoires OxRRAM (Oxide Resistive Random Access Memory) sont des candidats potentiels. Il s'agit de structures M-O-M (Métal-Oxyde-Métal). Le stockage de l'information est basé sur la modulation de la résistance de l'oxyde à l'application d'un champ électrique ou d'un courant. Une meilleure compréhension du mécanisme de changement de résistance de ces dispositifs est nécessaire pour contrôler leurs performances. Nous nous intéressons au claquage diélectrique de l'oxyde, qui initie le mécanisme de changement de résistance. Les mesures physico-chimiques à l'échelle nanométrique sont indispensables à sa compréhension et font défaut dans la littérature. Dans cette thèse, nous proposons des mesures physico-chimiques, des mesures électriques et des méthodes de préparation d'échantillon adaptées. Les oxydes de nickel et d'hafnium sont investigués. En plus de la dégradation électrique (chute de résistance), les modifications de ces deux oxydes sont investiguées à trois niveaux : la composition chimique, la morphologie et la structure électronique. Mots-clés : mémoire résistive, mécanisme de changement de résistance, claquage diélectrique, NiO, HfO2, spectroscopie de photoélectrons, microscopie électronique en transmission, microscopie à forme atomique, lacunes d'oxygène.

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Tavitian, Bernard. "Etude par spectroscopie differentielle infrarouge a transformee de fourier des reactions primaires de la photosynthese." Paris 6, 1987. http://www.theses.fr/1987PA066642.

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Ivanov, Victor V. "Separation de phases et interaction electron-phonon dans yba#2 cu#3 o#7## : une etude par spectroscopie raman." Nantes, 1998. http://www.theses.fr/1998NANT2023.

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Abstract:

La these de victor ivanov s'articule autour de deux axes de recherches pour lesquels la spectroscopie raman s'est revelee etre un outil bien adapte a l'etude des supraconducteurs a haute temperature critique reba#2cu#3o#7 (re = terre rare). La premiere partie de ce travail presente une etude theorique et experimentale du processus de mise en ordre et de diffusion de l'oxygene dans ces materiaux. M. Ivanov aborde en premier lieu le calcul de la distribution de temperature a travers l'echantillon sous l'effet de l'echauffement laser qui peut influer sur la distribution en oxygene. La microcristallinite des echantillons frittes induit un effet d'echauffement, negligeable dans le cas des films minces. Le comportement de la bande raman de l'oxygene apical dont la frequence varie avec le contenu en oxygene et l'ordre du sous reseau d'oxygene a mis en evidence des microphases dans les cristallites avec des domaines de taille minimum egale a 10 cellules elementaires. Une etude du compose isotopique du materiau sous-dope en oxygene yba#2cu#3#1#8o#6#. #2 a permis de mieux etudier les sites des lacunes en oxygene et l'influence du recuit laser sur l'echange isotopique entre les differents sites de l'oxygene. Dans la deuxieme partie de la these, le profil des bandes raman a haute resolution provenant des vibrations des atomes de baryum et de cuivre a ete etudie en fonction de la temperature entre 10 et 300 k sur des films minces de supraconducteurs yba#2cu#3o#7. Ces profils presentent une asymetrie caracteristique d'une forte interaction electron-phonon. La simple superposition d'une fonction lorentzienne asymetrique (fonction de fano) pour la raie du ba a 115 cm#-#1 et de lorentziennes pour les autres bandes ne peut rendre compte de facon satisfaisante de l'intensite spectrale entre 80 et 200 cm#-#1 et un calcul plus elabore s'impose. En considerant que les vibrations du baryum et du cuivre interagissent avec un continuum commun d'excitations electroniques, le spectre raman calcule est en tres bon accord avec le spectre raman experimental. Ce calcul permet de determiner l'intensite de l'interaction electron-phonon pour les deux phonons impliques (ba et cu) a differentes temperatures. Le continuum electronique est du a des transitions de basse energie puisque des phonons de basse energie sont deformes par l'interaction. Dans le schema de bandes de yba#2cu#3o#7 calcule par la methode k. P, deux bandes sont suffisamment proches entre elles et intersectent le niveau de fermi de facon a permettre des transitions electroniques interbandes en infrarouge lointain. La premiere hypothese pour l'origine du continuum implique des transitions electroniques interbandes de l'oxygene apical o(4)p#x o(4)p#y pres de la ligne sr (k = /a, /b, ) de la zone de brillouin. Dans la seconde hypothese, on remarque que la bande des chaines cuo croise une bande dite impaire du plan conducteur cuo#2 pres du niveau de fermi au point k = (0. 5/a, 0. 2/b, 0). Les transitions entre ces deux bandes ont des energies comprises entre 0 et 200 cm#-#1, donc proches des energies des phonons du sous-reseau metallique. Cette derniere hypothese parait la plus plausible car elle implique une anisotropie du gap supraconducteur, ainsi qu'il est observe experimentalement.

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Kusumawati, Yuly. "Oxide and composite electron transport layers for efficient dye-sensitized solar cells." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066240/document.

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Trois types des ETLs ont été développés et étudiés dans cette travaille comme une photoélectrode dans la cellule solaire à colorant (DSSC). Ils sont composés de (1) deux types de nanoparticules de TiO2-brookite, (2) le composite d'anatase et graphène et (3) la nanoparticule de ZnO qui a nanobâtonnet structure, respectivement. Toutes photoélectrodes sont préparées par le technique « doctor blade ». La morphologie des photoélectrodes ont été caractérisées par microscopie électronique à transmission (MET) et microscopie électronique à balayage (MEB). Les épaisseurs de couche sont mesurées en utilisant la profilométrie. Pour les films caractérisations structurelles, une haute résolution diffractomètre à rayons X a été utilisée. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et micro-Raman ont été effectués pour vérifier la préparation composite TiO2_Gr. Les propriétés des films optiques ont été enregistrées avec un spectrophotomètre équipé d'une sphère d'intégration de techniques. Les performances de cellules ont été obtenues en mesurant les courbes IV des cellules sous illumination calibré. Pour atteindre une compréhension profonde du fonctionnement de la cellule, la spectroscopie d'impédance (IS) technique a été étudiée sur une grande gamme de potentiel appliquée. En faisant est l'étude, la structure électronique, porteurs de charge à vie (tn), le transport / heure de collecte (ttr) et les paramètres de transport d'électrons des couches ont été déterminées. L'étude soin de leurs propriétés a révélé non seulement leurs avantages mais aussi leur limitation. Cette information sera bénéfique comme une considération pour les travaux futurs Three kinds of ETL have been developed and studied in this present work as a photoelectrode in DSSC. Those composed of (1) two kinds of TiO2-brookite nanoparticles, (TiO2_B1 and TiO2_B2), (2) the composite of anatase and graphene (TiO2_Gr) and (3) the nanorods like ZnO nanoparticles (ZnO_NR), respectively. All photoelectrode are prepared by doctor blading technique. The morphology of photoelectrodes have been characterized using transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). The layer thicknesses were measured using profilometry. For the film structural characterizations, a high-resolution X-ray diffractometer was used. The Fourier transform infrared (FTIR) and micro Raman measurement have been carried out to verify the TiO2_Gr composite preparation. The optical film properties (total transmission and total reflection) were recorded with a spectrophotometer equipped with an integrating sphere techniques. The cell performances were obtained by measuring the I-V curves of the cells under calibrated illumination. To achieve an in-deep understanding of the cell functioning, the impedance spectroscopy (IS) technique has been studied over a large applied potential range. By doing IS study, the electronic structure, charge carrier lifetime (tn), transport/collection time (ttr) and electron transport parameters of the layers have been determined. The carefully study of their properties has revealed not only their advantages but also their limitation. This information will be beneficial as a consideration for the future work

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Khalal, Mehdi Abdelbaki. "Photoionisation multiple des vapeurs métalliques Multi-electron coincidence spectroscopy: Triple Auger decay of Ar 2p and 2s holes 4d -inner-shell ionization of Xe+ ions and subsequent Auger decay." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS552.

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Ce travail de thèse porte sur l’étude expérimentale des processus de photoionisation multiple de vapeurs alcalines par rayonnement synchrotron. Je me suis intéressé particulièrement à la désexcitation par déclin Auger des atomes ionisés en couche interne. Le dispositif expérimental HERMES mis au point par l’équipe est un spectromètre par temps de vol de type bouteille magnétique qui permet de détecter en coïncidence tous les électrons émis lors du processus d’ionisation (photoélectrons) et de relaxation (électrons Auger). Une partie importante de ma thèse a été consacrée à l’améliorer pour permettre également la détection en coïncidence des ions formés. J’ai reconstitué les différentes voies de désexcitation par simple, double et triple Auger qui suivent l’ionisation en couche 2p du potassium (de configuration électronique [Ar] 4s). Les proportions des ions finaux Kn+ (n=2,3 et 4) sont établies et comparées avec les proportions des ions formés par la désexcitation du trou en couche 2p dans l’argon. Cela permet de mettre en évidence le rôle de l’électron 4s lors du processus de désexcitation (spectateur lors de la première étape puis participateur lors de la seconde étape du déclin). Le déclin Auger qui suit l’ionisation et l’excitation de l’électron en couche 3d dans le rubidium est présenté ensuite. Dans la dernière partie de la thèse je présente la double ionisation 4d-15p-1 dans le Xénon que l’on compare à la photoionisation d’un faisceau d’ion Xe+ (expérience MAIA). Le but étant de montrer que ce processus de double ionisation cœur valence permet de simuler le processus d’ionisation en couche interne 4d des ions atomiques Xe+ et le déclin Auger qui s’en suit The increasing availability of modern x-ray light sources with high tunability, high brightness and narrow photon-energy bandwidth has allowed a deep understanding of the physics behind light and matter interactions. During my PhD, I investigated experimentally different process of photoexcitation and photoionization of rare gas atoms (Argon and Xenon) and alkali metals (Potassium and Rubidium) by the means of synchrotron radiation. Our experimental setup is a 2m long magnetic bottle time-of-flight spectrometer that collect in coincidence almost all the electrons emitted in the 4π solid angle. We investigate the multiple Auger decay of the potassium 2p core holes which has an electronic configuration similar to Ar with an additional 4s valence electron. We show the spectator role of this electron in the decay mechanism and the enhancement of double and triple Auger rates comparing with the Argon 2p holes decay. We also investigated the multiple Auger decay of the rubidium 3d core holes. Finally, we investigated the core valence double photoionization of Xenon atom 4d-15p-1 which is compared with the direct ionization of Xe+ ions (MAIA experiment). We showed that the core valence double photoionization process will populate the same states that the ones populated by the photoionization of the ions. One should note that this process is very weak compared to the 4d inner shell ionization of Xe atom but thanks to the coincidence technique we are able to clearly separate and disentangle each ionization process. Our experiment confirmed the results of MAIA and allowed us to extract the Auger spectra associated with the decay of these Xe+ ions, when ionized in the 4d shell

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Sala, Leo Albert. "Low-energy Electron Induced Chemistry in Supported Molecular Films." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS438/document.

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Abstract:

Lorsque la matière condensée est soumise à des rayonnements de haute énergie, des électrons secondaires de basse énergie (0-20 eV) sont produits en grande quantité. Ces électrons participent à part entière aux dommages induits dans la matière, incluant les processus d’érosion et de modifications chimiques. Les fragments produits au sein du milieu réagissent et de nouvelles espèces sont formées. Plusieurs domaines d’application sont concernés par ces processus, et plus particulièrement le design de dispositifs par lithographie ou par dépôts assistés par faisceaux focalisés et l’astrochimie. Les enjeux concernent l’identification des mécanismes induits par les électrons lents, le contrôle des fragments réactifs et espèces stables formés, ainsi que la détermination de grandeurs quantitatives permettant d’apprécier l’efficacité des processus impliqués. L’approche développée dans ce travail de thèse consiste à irradier des surfaces et interfaces directement avec des faisceaux d’électrons de basse énergie afin d’étudier les processus induits. Les réponses de films moléculaires supportés modèles (d’épaisseur variable) sont étudiées en fonction de l’énergie incidente des électrons et des doses délivrées. Dans les cas favorables, des méthodologies ont pu être proposées pour accéder à l’estimation de sections efficaces effectives. Pour ce faire, trois techniques expérimentales sont combinées. Les films déposés et les résidus formés sont analysés par spectroscopie de perte d'énergie d’électrons à haute résolution (HREELS) et désorption programmée en température (TPD). Les fragments neutres (et non pas ioniques comme le plus souvent) désorbant sous irradiation sont analysés en masse afin de mener une étude de désorption stimulée par impact d’électrons (ESD).Dans le contexte de la fonctionnalisation de surface, le greffage de centres carbonés hybridés sp2 sur un substrat de diamant poly-cristallin hydrogéné a été réalisé par irradiation électronique d’une couche mince de benzylamine. A 11 eV, le mécanisme dominant implique la dissociation en neutres du précurseur. La section efficace effective de greffage a pu être déterminée par HREELS suite à une unique irradiation, en tirant avantage du profil du faisceau d’irradiation. Dans le contexte de l’astrochimie, la réponse à l’irradiation par électrons lents de glaces d’ammoniac amorphes et cristallisées a été étudiée. La désorption de molécules d’ammoniac a été observée. Elle peut résulter de l’érosion directe du film et de mécanismes de désorption induite par excitation électronique (DIET). Différents processus de fragmentation/recombinaison ont été mis en évidence via la désorption des espèces neutres NHx (x = 1,2), H2 et N2. Une chimie particulièrement riche est induite par irradiation électronique à 13 eV. L’analyse temporelle des rendements ESD a permis la détermination de la section efficace de la désorption de NH3, et l’observation de la formation retardée de N2 et H2. L’analyse TPD des résidus a démontré la synthèse de diazène (N2H2) et d’hydrazine (N2H4) dans le film. Ces résultats peuvent aider à l’élucidation des écarts observés dans les abondances de NH3 et N2 dans les régions denses de l'espace. Enfin, les premiers travaux réalisés pour fonctionnaliser un substrat de façon résolue à l’échelle micrométrique sous irradiation d’électrons lents sont également présentés. La faisabilité de la procédure utilisant un microscope électronique à basse énergie (LEEM) a été démontré sur une monocouche de terphenylthiol (TPT). Des motifs de 5 μm de travaux de sortie différents ont été imprimés en travaillant à des énergies de 10-50 eV. Ensuite la réponse de films modèles de résines lithographiques (PMMA, polyméthacrylate de méthyle) à des irradiations électroniques a été étudiée, afin d’identifier les énergies favorables en vue d’une modification de surface résolue spatialement High-energy irradiation of condensed matter leads to the production of copious amounts of low-energy (0-20 eV) secondary electrons. These electrons are known to trigger various dissociative processes leading to observed damages including erosion and chemical modifications. The resulting reactive species within the condensed media can also lead to the synthesis of new molecules. This has implications in several applications most especially in the design of lithographic methods, focused beam-assisted deposition, as well as in astrochemistry. In all these applications, it is important to identify the processes induced by low-energy electrons, study the reactive fragments and stable molecules produced to determine possibilities of controlling them, and generate quantitative data to gauge the efficiencies of these processes. The approach developed for this PhD work consists of directly irradiating surfaces and interfaces using low-energy electrons and studying the processes that arise. The responses of different model molecular films (of varying thickness) were studied as a function of incident electron energy and dose. In favorable cases, methodologies proposed herein can be used to estimate effective cross sections of observed processes. Three complementary surface-sensitive techniques were utilized for this purpose. To characterize the deposited films and formed residues, the High Resolution Electron-Energy Loss Spectroscopy (HREELS) and Temperature Programmed Desorption (TPD) were used. Neutral fragments (as opposed to their often-detected ionic counterparts) desorbing under electron irradiation were monitored using a mass spectrometer in a technique called Electron Stimulated Desorption (ESD).Within the context of surface functionalization, the grafting of sp2-hybridized carbon centers on a polycrystalline hydrogenated diamond substrate was realized through electron irradiation of a thin layer of benzylamine precursor deposited on its surface. At 11 eV, the dominant mechanism is proposed to be neutral dissociation of the precursor molecules. The effective cross section of the grafting process was estimated in only a single measurement from the HREELS map of the sample surface, taking advantage of the electron beam profile. Within the context of astrochemistry, on the other hand, the responses of crystalline and amorphous NH3 ices were studied under electron impact. The desorption of intact NH3 was observed which resulted in the direct erosion of the film proceeding through a mechanism consistent with desorption induced by electronic transitions (DIET). Different fragmentation and recombination processes were also observed as evidenced by detected neutral species like NHx (x=1,2), N2, and H2. Aside from desorption, a wealth of chemical processes was also observed at 13 eV. Temporal ESD at this energy allowed for the estimation of the effective cross section of NH3 desorption and observing the delayed desorption of N2 and H2. TPD analysis of the residues also provided evidence of N2H2 and N2H4 synthesis in the film. These results can help explain the observed discrepancies in abundances of NH3 and N2 in dense regions in space. Lastly, this PhD work will present prospects for these electron-induced processes to be constrained spatially in microscopic dimensions for lithographic applications. The feasibility of the procedure utilizing Low-Energy Electron Microscope (LEEM) was demonstrated on a terphenylthiol self-assembled monolayer (TPT SAM) specimen. Spots of 5 μm in diameter with different work functions were imprinted on the surface using energies from 10-50 eV. Electron-induced reactions in thin-film resists (PMMA, poly(methyl methacrylate)) were also studied at low-energy identifying opportunities for energy- and spatially-resolved surface modification

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Tavener, P. "Electron spectroscopy of electrode materials." Thesis, University of Oxford, 1985. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.370304.

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Bücker, Kerstin. "Characterization of pico- and nanosecond electron pulses in ultrafast transmission electron microscopy." Thesis, Strasbourg, 2017. http://www.theses.fr/2017STRAE014/document.

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Abstract:

Cette thèse présente une étude des impulsions électroniques ultra-brèves en utilisant le nouveau microscope électronique en transmission ultrarapide (UTEM) à Strasbourg. La première partie porte sur le mode d’opération stroboscopique, basé sur l’utilisation d’un train d’impulsions d’électrons de l’ordre de la picoseconde pour l’étude des phénomènes réversibles ultrarapides. L’étude paramétrique effectuée a permis de révéler les dynamiques fondamentales des impulsions électroniques. Des mécanismes inconnus jusqu’alors et décisifs dans les caractéristiques des impulsions ont été dévoilés. Il s’agit des effets de trajectoire, qui limitent la résolution temporelle, et du filtrage chromatique, qui impacte la distribution en énergie et l’intensité du signal. Ces connaissances permettent aujourd’hui un paramétrage affiné de l’UTEM de manière à satisfaire les divers besoins expérimentaux. La deuxième partie concerne l’installation du mode d’opération complémentaire : le mode « singel-shot ». Ce mode fait appel à une impulsion unique d’intensité élevé et d’une durée de l’ordre de la nanoseconde pour l’étude des phénomènes irréversibles. L’UTEM de Strasbourg étant le premier instrument single-shot équipé d’un spectromètre de perte d’énergie des électrons (EELS), l’influence de l’aberration chromatique a pu été étudiée en détail. Elle s’est dévoilée être une limitation majeure pour la résolution en imagerie, nécessitant d’ajuster le bon compromis avec l’aberration sphérique d’une part et l’intensité du signal d’autre part. Enfin, la faisabilité de mener des études en EELS ultrarapide avec une seule impulsion nanoseconde a pu être démontrée, ceci constituant une première mondiale. Ce résultat très prometteur ouvre un tout nouveau domaine d’expériences résolu en temps This thesis presents a study of ultrashort electron pulses by using the new ultrafast transmission electron microscope (UTEM) in Strasbourg. The first part focuses on the stroboscopic operation mode which works with trains of picosecond multi-electron pulses in order to study ultrafast, reversible processes. A detailed parametric study was carried out, revealing fundamental principles of electron pulse dynamics. New mechanisms were unveiled which define the pulse characteristics. These are trajectory effects, limiting the temporal resolution, and chromatic filtering, which acts on the energy distribution and signal intensity. Guidelines can be given for optimum operation conditions adapted to different experimental requirements. The second part starts with the setup of the single-shot operation mode, based on intense nanosecond electron pulses for the investigation of irreversible processes. Having the first ns-UTEM equipped with an electron energy loss spectrometer, the influence of chromatic aberration was studied and found to be a major limitation in imaging. It has to be traded off with spherical aberration and signal intensity. For the first time, the feasibility of core-loss EELS with one unique ns-electron pulse is demonstrated. This opens a new field of time-resolved experiments

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Dai, Ji. "Low-dimensional electron systems studied by angle- and spin-resolved photoemission spectroscopy." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS345.

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Abstract:

Les matériaux dans lesquels des interactions à plusieurs particules, un confinement de faible dimension et/ou un fort couplage spin-orbite sont présents témoignent d’une grande variété de phénomènes, mais sont encore mal compris. Des informations essentielles sur l’origine de tels phénomènes peuvent être obtenues en mesurant leur structure électronique. Cette thèse présente une étude expérimentale de la structure électronique de matériaux de faible dimension et/ou fortement corrélés présentant un intérêt fondamental actuel, en utilisant la spectroscopie par photoémission résolue en angle et en spin (ARPES et SARPES).Dans la partie introductive, je présente mon travail sur deux exemples de type "livre de texte", mais innovants, montrant comment les interactions affectent la structure de bande d'un matériau: le couplage des électrons avec des phonons dans une distribution de Debye dans un système électronique à deux dimensions (2DES) dans ZnO, semi-conducteur à oxyde à bande interdite large utilisé dans les applications photovoltaïques, et le dédoublement induit par un fort couplage spin-orbite (SOC) dans la bande de valence du ZnTe, un autre semi-conducteur important utilisé dans les dispositifs optoélectroniques. Ensuite, dans la suite de cette thèse, je discute de mes résultats originaux dans trois systèmes différents de basse dimensionnalité et d'intérêt actuel en recherche : 1.La réalisation d'un 2DES à la surface (110) de SnO₂, le premier du genre dans une structure rutile. L'ajustabilité de la densité de ses porteurs au moyen de la température ou du dépôt d'Eu, et la robustesse vis-à-vis les reconstructions de surface et l'exposition aux conditions ambiantes rendent ce 2DES prometteur pour les applications. Au moyen d'une simple réaction redox à la surface, ces travaux ont prouvé que les lacunes en oxygène pouvaient doper la bande de conduction à la surface de SnO₂, résolvant ainsi un problème longtemps débattu concernant le rôle desdites lacunes dans le dopage de type n dans SnO₂. 2.L'étude des états de surface topologiques dans M₂Te₂X (avec M = Hf, Zr ou Ti; et X = P ou As), une nouvelle famille de métaux topologiques en trois dimensions, provenant du SOC et étant protégés par la symétrie du renversement du temps. Leur structure électronique et leur texture de spin, étudiées par ARPES et SARPES, révèlent la présence de fermions de Dirac sans masse donnant naissance à des arcs de nœuds de Dirac. 3.L'étude du matériau YbNi₄P₂ à fermions lourds quasi unidimensionnel, qui présente une transition de phase quantique de second ordre d’une phase ferromagnétique à une phase paramagnétique de liquide de Fermi lors de la substitution partielle du phosphore par l'arséniure. Une telle transition ne devrait se produire que dans les systèmes zéro ou unidimensionnels, mais la mesure directe de la structure électronique des matériaux ferromagnétiques quantiques critiques faisait jusqu'à présent défaut. Grâce à une préparation et nettoyage méticuleux in situ de la surface des monocristaux YbNi₄P₂, qui sont impossibles à cliver, leur structure électronique a été mesurée avec succès au moyen de l'ARPES, dévoilant ainsi le caractère quasi-1D, nécessaire à la compréhension de la criticité quantique ferromagnétique, dans YbNi₄P₂. Le protocole utilisé pour rendre ce matériau accessible à l'ARPES peut être facilement généralisé à d'autres matériaux exotiques dépourvus de plan de clivage Materials in which many-body interactions, low-dimensional confinement, and/or strong spin-orbit coupling are present show a rich variety of phenomena, but are still poorly understood. Essential information about the origin of such phenomena can be obtained by measuring their electronic structure. This thesis presents an experimental study of the electronic structure of some low-dimensional and/or strongly correlated materials of current fundamental interest, using angle- and spin-resolved photoemission spectroscopy (ARPES and SARPES). In the introductory part, I present my work on two innovative textbook examples showing how interactions affect the band structure of a material: the coupling of electrons with phonons in a Debye distribution in a two-dimensional electron system (2DES) in ZnO, a wide-band-gap oxide semiconductor used in photovoltaic applications, and the splitting induced by strong spin-orbit coupling (SOC) in the bulk valence band of ZnTe, another important semiconductor used in optoelectronic devices. Then, in the rest of this thesis, I discuss my original results in three different low-dimensional systems of current interest: 1.The realisation of a 2DES at the (110) surface of SnO₂, the first of its kind in a rutile structure. Tunability of its carrier density by means of temperature or Eu deposition and robustness against surface reconstructions and exposure to ambient conditions make this 2DES promising for applications. By means of a simple redox reaction on the surface, this work has proven that oxygen vacancies can dope the conduction band minimum at the surface of SnO₂, solving a long-debated issue about their role in n-type doping in SnO₂. 2.The study of topological surface states in M₂Te₂X (with M = Hf, Zr, or Ti; and X = P or As), a new family of three-dimensional topological metals, originating from SOC and being protected by time-reversal symmetry. Their electronic structure and spin texture, studied by ARPES and SARPES, reveal the presence of massless Dirac fermions giving rise to Dirac-node arcs. 3.The investigation of the quasi-one-dimensional heavy-fermion material YbNi₄P₂, which presents a second-order quantum phase transition from a ferromagnetic to a paramagnetic phase upon partial substitution of phosphorous by arsenide. Such a transition is expected to occur only in zero- or one-dimensional systems, but a direct measurement of the electronic structure of ferromagnetic quantum-critical materials was missing so far. By careful in-situ preparation and cleaning of the surface of YbNi₄P₂ single crystals, which are impossible to cleave, their electronic structure has been successfully measured by ARPES, thus effectively unveiling the quasi-one-dimensionality of YbNi₄P₂. Moreover, the protocol used to make this material accessible to ARPES can be readily generalised to other exotic materials lacking a cleavage plane

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Maigné, Alan. "Caractérisation et modélisation par microscopie électronique en transmission à balayage (STEM) et spectroscopie de perte d’énergie d’électrons (EELS) de « nanohorns » de carbone monofeuillet fonctionnalisés pour des applications pharmaceutiques Review of recent advances in spectrum imaging and its extension to reciprocal space Revealing the Secret of Water-Assisted Carbon Nanotube Synthesis by Microscopic Observation of the Interaction of Water on the Catalysts Role of Subsurface Diffusion and Ostwald Ripening in Catalyst Formation for Single-Walled Carbon Nanotube Forest Growth Effect of hole size on the incorporation of C60 molecules inside single-wall carbon nanohorns and their release Adsorption Phenomena of Tetracyano-p-quinodimethane on Single-Wall Carbon Nanohorns Carbon Nanohorns as Anticancer Drug Carriers Effect of Functional Groups at Hole Edges on Cisplatin Release from Inside Single-Wall Carbon Nanohorns Optimum Hole-Opening Condition for Cisplatin Incorporation in Single-Wall Carbon Nanohorns and Its Release Functionalization of Carbon Nanohorns with Azomethine Ylides: Towards Solubility Enhancement and Electron-Transfer Processes Aqueous carbon nanohorn–pyrene–porphyrin nanoensembles: Controlling charge-transfer interactions Photoinduced Electron Transfer on Aqueous Carbon Nanohorn–Pyrene– Tetrathiafulvalene Architectures Soluble Functionalized Carbon Nanohorns." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS600.

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Abstract:

La caractérisation et modélisation de « nanohorns » monofeuillets (SWNH) et de forêts de nanotubes par microscopie analytique sont présentées ainsi que leurs applications pour le traitement du cancer. Dans une première partie, nous introduirons les méthodes de microscopie et de spectroscopie utilisées dans nos expériences. Nous étudierons ensuite le processus de croissance de forêts de nanotubes de carbone monofeuillets (dans le contexte d’une collaboration avec l'AIST au Japon). Les SWNH, leur structure, propriétés de remplissage et de fonctionnarisation seront analysés et une nouvelle méthode sera présentée pour l'étude de la porosité de matériaux inorganique en EELS. Des calculs ab-initio seront aussi utilisés pour étudier l'effet des défauts dans les parois des SWNH sur les phénomènes d'oxydation et de remplissage des SWNH. Finalement, nous étudierons les possibles applications de SWNH dans le domaine pharmaceutique, et en particulier pour les traitements cancéreux In this manuscript, we will expose the characterization and modelling of Single Wall Nanohorns (SWNH) and Nanotube Forests by analytical microscopy and the functionalization of SWNH for drug delivery applications. Firstly, we will introduce the microscopy and spectroscopy methods used for our experiments. We will then study the growth process of Single Wall Carbon Nanotubes (SWCNT) forests (within the framework of a collaboration with AIST, Japan). SWCH, their structure, modifications and filling properties will be analysed in details. An original method will be presented to study the porosity of inorganic material with EELS. Ab initio calculation will also be used to explore the effect of the defects present in the SWNH wall on the oxidation and filling process. We will study the potentialities of Single Wall Carbon nanohorns as Drug Delivery Systems and particularly as anticancer drug carriers

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Timrov, Iurii. "Ab initio study of plasmons and electron-phonon coupling in bismuth: from free-carrier absorption towards a new method for electron energy-loss spectroscopy." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/82/37/58/PDF/thesis.pdf.

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Abstract:

Ce travail a été consacré à l'étude théorique du bismuth semi-métallique à l'aide de méthodes basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Les effets de couplage spin-orbite et d'échange et de corrélation dans l'approximation de densité locale (LDA) et de gradient généralisé (GGA) ont été approfondis de façon systématique. J'ai trouvé que les poches d'électrons et de trous au niveau de Fermi sont correctement décrites, ce qui m'a permis d'interpréter avec succés les expériences pompe-sonde dans le bismuth photoexcité menées au laboratoire des Solides Irradiés. Le calcul du couplage électron-phonon a montré la forte dépendance, par rapport au vecteur d'onde électronique, du couplage de la bande de valence la plus haute avec le phonon A1g LO de centre de zone, ce qui explique l'observation de la forte dépendance en k de l'amplitude d'oscillation de l'énergie de liaison de cette même bande en photoémission résolue en temps. J'ai aussi montré que la présence d'extréma dans les bandes de valence et de conduction, où la masse des porteurs peut atteindre 18 m0, favorise une accumulation des porteurs et conduit à une augmentation de leur fréquence plasma au cours du temps aprés photoexcitation, un effet qui n'a pas (encore) été observé dans d'autres matériaux. Enfin, j'ai développé une nouvelle méthode en théorie de perturbation de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TDDFPT), qui permet de calculer la réponse électronique du matériau pour n'importe quelle valeur du moment transféré. Cette approche basée sur la méthode de récursion de Lanczos m'a permis de calculer les spectres de perte d'énergie électronique de Bi dans la gamme d'énergie 0-100 eV et de combler l'intervalle d'énergie entre les pertes des électrons de valence et celles des électrons de cœur. Cette méthode ouvre des perspectives considérables, comme le calcul des plasmons de surface This work has been devoted to the theoretical study of bulk semimetallic bismuth with methods based on the density functional theory (DFT). Effects of spin-orbit coupling and of the exchange-and-correlation functionals in the local density (LDA) and generalized gradient approximation (GGA) have been systematically investigated. I have found that electron and hole pockets at the Fermi level are accurately reproduced, which has enabled me to successfully interpret the pump-probe experiments in the photoexcited bismuth performed in the Laboratoire des Solides Irradiés. The strong dependence on the electronic wave vector, of the calculated electronic coupling of the upper valence band with the zone-center A1g LO phonon, explains the observation of a strongly k-dependent oscillation amplitude of the upper valence band in time-resolved photoemission experiments upon activation of the coherent A1g phonon under photoexcitation. I have also shown that the presence of local extrema in the conduction and valence bands structure, where the carrier mass can be as large as 18 m0, favours an accumulation of photoexcited carriers in these extrema and contributes to the augmentation of the plasma frequency as a function of time after the photoexcitation, an effect which has no analogy in other materials (as yet). Finally, I have developed a new ab initio approach in the time-dependent density functional perturbation theory (TDDFPT), which allows us to calculate the electronic response of materials for any momentum transfer. This approach based on the Lanczos recursion method has enabled me to calculate for the first time the electron energy-loss spectrum of Bi in the 0-100 eV energy range, bridging the gap between valence and core losses. This method opens the way to the routine calculation of surface plasmons

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Ferté, Suzanne. "Exploring the diversity of cyclic electron flow around photosystem I in microalgae species." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS615.

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Abstract:

Les micro-algues sont à l’origine de l’immense majorité des chaines trophiques océaniques et participent à presque la moitié de la photosynthèse sur Terre. Si leur diversité génétique est aujourd’hui bien connue, leur diversité fonctionnelle reste encore peu explorée. La voie principale de la photosynthèse, le flux linéaire d’électrons depuis l’eau vers le CO2 semble bien conservé dans la phylogénie. Il fait intervenir deux photosystèmes en série, les photosystèmes II (PSII) et I (PSI). Chez les plantes et les algues vertes, il existe un flux cyclique d’électrons qui ne fait intervenir que le PSI auquel on attribue plusieurs rôles cruciaux dans la régulation de la photosynthèse. L’étude de ce flux cyclique est freinée par l’absence de méthodologie robuste pour le mesurer. Nous avons montré que la méthode la plus utilisée pour estimer l’activité du PSI n’est pas fiable. Sur cette base, nous proposons une méthode alternative pour détecter la présence de ce flux cyclique et pour étudier sa dépendance envers le flux linéaire. Cela a permis de montrer des comportements très différents entre espèces de micro-algues. Enfin, l’étude d’une efflorescence de la coccolithophore Emiliania huxleyi en mésocosme nous a permis de mettre en évidence une signature de l’infection des cellules par un virus qui pourrait faire intervenir le flux cyclique autour du PSI Microalgae supplies virtually all the oceanic trophic chains and participate in almost half of photosynthesis on Earth. Although their genetic diversity is well known, their functional diversity remains little explored. The main route of photosynthesis, the linear flux of electrons from water to CO2, seems to be well conserved among phylogeny. It involves two photosystems working in series, the photosystem II (PSII) and I (PSI). In plants and green algae, there is a cyclic electron flow that involves only the PSI which would be crucial for photosynthetic regulation. The study of this cyclic electron flow is hampered by the absence of robust method to measure it. We have shown that the most used method for estimating PSI activity is unreliable. On this basis, we propose an alternative method to detect the presence of cyclic electron flow and to study its dependence on the linear flux. We could show very different behaviors between species of microalgae. Finally, the study of an efflorescence of the coccolithophore Emiliania huxleyi in mesocosm allowed us to highlight a signature of the cells infection by a virus which could involve the cyclic electron flow around the PSI

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Dacosta, Fernandes Benoit. "Etude des propriétés électroniques et vibrationnelles de nano-objets métalliques et hybrides par spectroscopie femtoseconde." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0047/document.

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Abstract:

Ce travail a porté sur l’étude expérimentale de la dynamique électronique et vibrationnelle de nano-objets métalliques et hybrides par spectroscopie pompe-sonde femtoseconde. L’étude de la dynamique des échanges d’énergie électrons-réseau dans des systèmes métalliques bidimensionnels nous a permis de mettre en évidence une accélération du transfert d’énergie entre électrons et phonons due au confinement. Cette accélération est gouvernée par la plus petite dimension des nano-objets étudiés (nano-triangles d’argent 2D) lorsque celle-ci devient inférieure à environ 10 nm. Nous avons aussi étudié la dynamique vibrationnelle de nanoparticules métalliques, bimétalliques et métal diélectrique. Nous nous sommes intéressés aux modes de vibration longitudinaux et radiaux de bipyramides d’or en fonction de leurs dimensions, et à leurs évolutions consécutives à un dépôt d’argent. Une forte sensibilité des périodes et des amplitudes de vibration à de faibles dépôts a été mise en évidence. L’étude de l’évolution des modes de vibration de nano-objets de type coeur-coquille (argent-silice et or-silice) nous a permis d’obtenir des informations sur la qualité du contact mécanique à l’interface métal-diélectrique. Enfin, nous avons étudié les interactions électroniques dans des nano-systèmes hybrides métal/semi-conducteur (ZnO-Ag), et plus particulièrement les transferts de charge et les échanges d’énergie entre les deux composants.Nous avons montré la forte influence de l’environnement sur la dynamique électronique du ZnO et mis en évidence un transfert d’électron, photo-induit par une impulsion infrarouge, de la particule métallique vers la bande de conduction du semi-conducteur Electronic and vibrational dynamics have been studied in metallic and hybrid nano-object using femtosecond timeresolved spectroscopy. The study of electron-lattice energy exchanges in two-dimensional metallic systems showed an acceleration of the energy transfer between electrons and phonons due to confinement. This acceleration is governed by the smallest dimension of the nano-objects (2D-silver nano triangles ) when it becomes smaller than 10 nm. We also studied the vibrational dynamics of metallic nanoparticles, bimetallic and metal-dielectric. We investigated the longitudinal and radial modes of vibration of gold bipyramids which depend on their size, and studied their evolution under silver deposition. A high sensitivity of periods and amplitudes for small deposition were demonstrated. Our work on the evolution of acoustic vibrations of core-shell nano-objects (silver-silica and goldsilica) allowed us to obtain information on the quality of mechanical contact at the metal-dielectric interface. Finally, we studied the electronic interactions in hybrid metal / semiconductor (ZnO-Ag) nano-systems, and especially the charge transfer and energy exchanges between the two components. We showed a strong influence of the environment on the electron dynamics of ZnO and proved the existence of an electron transfer, photoinduced by an infrared pulse, from the metal particle to the semiconductor conduction band

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Levshov, Dmitry. "Raman modes in index-identified individual single-walled and multi-walled carbon nanotubes." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01023001.

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Abstract:

The main objective of this work is the fundamental physical study of individual isolated carbon nanostructures in order to address their intrinsic vibrational and optical properties and also to estimate and quantify the environmental effects. For these purposes, we synthesized individual single- and multi-walled carbon nanotubes by chemical vapour deposition method on dedicated substrates. The main aspect of the work involves the combined use of different experimental probes on the same individual nanostructures. We performed a complete structure analysis by electron diffraction and high-resolution electron microscopy and the measurement of the Raman spectra on these individual nanostructures. Several important environmental effects were evidenced for the first time, e.g. the effect of mechanical coupling (van-der-Waals interaction) between the layers of double-walled carbon nanotubes leading to the change in the low-frequency Raman modes and the optical resonance conditions. Moreover the behaviour of high-frequency modes of double-walled tubes was also analysed and described. As a result of this work several experimental criteria for structure diagnostics of multi-walled carbon nanotubes were proposed.

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Mahé, Jérôme. "Far infrared/Tera-Hertz spectroscopy in the gas phase : experiments and theory." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLE043/document.

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Abstract:

La spectroscopie infrarouge permet d’identifier la structure 3D de systèmes moléculaires, par comparaison des spectres mesurés et simulés. Nous travaillons en phase gazeuse, où les molécules et clusters sont libres d’interactions intermoléculaires. Notre travail combine les expériences IR-UV ion-dip et le calcul de spectres IR anharmoniques par la méthode DFT-MD. Le spectre IR est calculé pour les structures 3D de plus basses énergies,le meilleur accord donnant la connaissance de la structure présente dans les conditions expérimentales.Nous démontrons que le domaine de l’IR lointain/THz (<800 cm-1, <24 THz) permet d’identifier sans ambiguïté la structure 3D de molécules et clusters en phase gazeuse, là ou les signatures du domaine 1000-4000 cm-1 peuvent être limitées. Les systèmes considérés sont des dipeptides, un modèle de feuillet β, dérivés du phénol (et complexés à l’eau) des paires de bases de l’ADN, dont les structures sont bâties sur des liaisons hydrogène intra/intermoléculaires Infrared spectroscopy allows the assignment of three dimensional structures of molecular systems, by comparing experimental and theoretical spectra. Our investigations take place in the gas phase, where molecules and clusters are free of intermolecular interactions.Our work combines experimental IR-UV ion dip spectroscopy and theoretical DFT-MD anharmonic spectroscopy. The infrared spectrum is calculated for low energy 3Dstructures and the best match between theory and experiment provides the information about the structure present in the experimental conditions.We demonstrate for several systems that far infrared/THz spectroscopy (<800 cm-1, <24THz) allows conformational assignment without ambiguities, contrary to the more traditional 1000-4000 cm-1 range. Systems investigated here are dipeptides, a β-sheet model, phenol derivatives (also complexe dwith water molecules), DNA base pairs, all these structures being built on intra-/intermolecular hydrogen bonds

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Joly, Laure. "Couplage spectroscopie optique - spectrométrie de masse : propriétés optiques et photofragmentation de biomolécules." Thesis, Lyon 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LYO10085.

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Abstract:

Cette thèse présente une étude des propriétés optiques et de la photofragmentation de biomolécules en phase gazeuse. Les expériences sont effectuées sur un piège ionique quadripolaire couplé avec des lasers UV-Visible accordables en longueur d'onde. Les molécules sont isolées en phase gazeuse au centre du piège puis irradiées par le faisceau laser. Pour les molécules polyanioniques, le canal de relaxation principal après excitation laser est l'émission d'électron. Cette perte d'un électron conduit à la formation d'un ion radicalaire. Une partie de ce travail est consacrée à l'étude de la relaxation de molécules polyanioniques après excitation laser et notamment aux mécanismes conduisant à la perte d'électron. Les expériences de photodétachement réalisées à Lyon ont été complétées par des expériences de spectroscopie de photoélectron effectuées à Karlsruhe (Pr. Kappes). La production d'anions radicalaires a un potentiel analytique important. L'un des objectifs de ce travail de thèse a été d'étudier la réactivité de ces ions radicalaires et de montrer l'intérêt de leur fragmentation pour l'analyse structurelle de peptides. L'autre objectif était de sonder les propriétés électroniques de protéines et de peptides en phase gazeuse. Pour cela, le taux de détachement d'électron a été enregistré en fonction de la longueur d'onde du laser. Nous avons notamment pu déterminer des signatures optiques pour des chromophores neutres, déprotonnés ou radicalaires au sein des protéines. Ces résultats ont été comparés à des calculs théoriques (TD DFT) This manuscript discusses optical properties and photofragmentation of gas phase biomolecules. These experiments are performed with a quadrupolar ion trap coupled to a UV-visible tunable laser. Molecules are isolated at the center of the trap, and irradiated by the laser beam. The most intense relaxation channel observed for multiply negatively charged ions is electron emission. This loss of one electron leads to radical anion formation. The first part of this manuscript is dedicated to the study of the mechanisms leading to the electron loss. Photodetachment experiments performed in Lyon were completed by photoelectron spectroscopy experiments performed in Karlsruhe (Pr. Kappes). The radical anion production has an important analytical potential. One of the main objectives of this work was to study the reactivity of this radical anion and to show the interest of radical fragmentation for the structural analysis of peptides. An other objective was to probe electronical properties of gas phase peptides and proteins. The electron detachment yield is recorded as a function of laser wavelength. We have determinated optical fingerprints for neutral, deprotonated and radical chromophores localized in the heart of proteins. These results are compared to computational methods (TD DFT)

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Chakma, Rikel. "Characterization of the multi-detector GABRIELA and decay spectroscopy of ²⁵⁵Rf and ²⁵¹No." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASP066.

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Abstract:

Une question sans réponse qui se trouve au carrefour de la physique et de la chimie est : quelle est la limite du tableau périodique. Les théories nucléaires suggèrent l'existence de ce qu'on appelle "l'îlôt de stabilité", habitée par des éléments super-lourds à longue durée de vie. Ces éléments ne doivent leur existence qu’à d’importants effets quantiques. Ainsi, les éléments super-lourds forment un laboratoire unique pour l'étude de la structure et de la dynamique nucléaires sous l'influence d’une très forte répulsion Coulombienne entre les nombreux protons du noyau. Cependant, un défi théorique réside dans la prédiction de la position exacte de cet îlôt, car différents modèles prédisent la position des prochaines fermetures de couches au delà de Z=82 et N=126 à Z = 114, 120 ou 126, et N = 172, 184 de façon plutôt inharmonieuse. Pour mieux comprendre le comportement de la matière nucléaire dans des conditions extrêmes du nombre de protons et de neutrons et contraindre les modèles nucléaires, il est donc nécessaire d'étudier la nature et la séquence d’états dans des noyaux transactinides plus légers et plus accessibles par des études spectroscopiques. Dans ce travail, des états de ²⁵⁵Rf ont été peuplés par la réaction de fusion-évaporation ⁵⁰Ti(²⁰⁷Pb, 2n)²⁵⁵Rf en utilisant un faisceau intense de ⁵⁰Ti fourni par le cyclotron U400 du FLNR à Dubna. Les résidus d'évaporation ont été séparés du faisceau et du fond d'autres produits de réaction à l'aide du séparateur de noyaux de recul SHELS et implantés dans le détecteur d'implantation du dispositif GABRIELA. Le multidétecteur GABRIELA permet d'effectuer des corrélations de temps et en position entre les noyaux implantés et leurs désintégrations ultérieures et est sensible à l'émission de rayonnemments gamma, d'électrons de conversion interne, de particules alpha et de produits de fission. Pour interpréter les spectres de désintégration expérimentaux, le multidétecteur GABRIELA a été caractérisé à l'aide de simulations GEANT4, qui ont été validées avec des données d'étalonnage. En particulier, l'impact des effets de sommation sur l'efficacité de la détection des rayons gamma et des électrons a été étudié et a montré que les simulations sont essentielles pour interpréter des résultats expérimentaux obtenus grâce à des dispositifs compactes et efficaces comme GABRIELA. Une nouvelle méthode pour estimer le profil de profondeur d'implantation des résidus d'évaporation a été mise au point, ce qui est essentiel notamment pour la spectroscopie des électrons de conversion interne.Afin de pouvoir utiliser GEANT4 pour des éléments plus lourds que Fm (Z=100), le code source a été modifié et les données de fluorescence et d’émission Auger ont été extrapolées pour permettre des simulations précises de décroissances radioactives jusqu'à l’élément Rf. En utilisant les données expérimentales obtenues sur le noyau ²⁵⁷Rf étudié à Dubna et le schéma de désintégration connu de l'isomère 21/2+ de haut K, la fonctionnalité du code GEANT4 modifié a été validée. Les simulations ont ensuite été utilisées pour étudier la structure fine de décroissance alpha du ²⁵⁵Rf et dériver les rapports d’embranchements vers les états du ²⁵¹No. Les rapports d’embranchements de décroissance gamma et les coefficients de conversion interne de transitions du ²⁵¹No ont également été extraits. Dans le ²⁵⁵Rf, deux nouveaux états isomériques de haut K ont été identifiés et l'existence à basse énergie d’excitation d'un isomère de spin a été confirmée. Les comparaisons quantitatives et qualitatives des spectres expérimentaux aux simulations ont permis d'établir les schémas de désexcitation les plus probables et d'assigner les configurations quasi-particules possibles pour les 3 isomères One unanswered question that lies at the crossroad of physics and chemistry is: what is the limit of the periodic table. Nuclear theories suggest the existence of the so-called "island of stability", inhabited by long-lived superheavy elements. These elements can materialize only because of strong quantum shell stabilizing effects. Thus, superheavy elements form a unique laboratory for studying nuclear structure and dynamics under the influence of very large Coulomb forces between the numerous protons in the nucleus. However, a theoretical challenge lies in the prediction the exact position of this island as different models predict the position of the next shell closures at Z = 114, 120, or 126, and N=172, 184 beyond the closed spherical shells at Z = 82 and N = 126 rather inharmoniously. To better understand the behavior of nuclear matter for extreme values of proton and neutron numbers and constrain nuclear models it is, therefore, necessary to investigate the nature and sequence of states in lighter, more accessible, transactinide nuclei through spectroscopic studies. In this work, states of ²⁵⁵Rf were populated through the fusion-evaporation reaction ⁵⁰Ti(²⁰⁷Pb,2n)²⁵⁵Rf using an intense ⁵⁰Ti beam provided by the U400 cyclotron of FLNR in Dubna. The evaporation residues were separated from the beam and background of other reaction products using the recoil separator SHELS and implanted into the implantation detector of the GABRIELA setup. The GABRIELA multidetector array allows to perform time and position correlations between the implanted nuclei and their subsequent decays and is sensitive to the emission of gamma rays, internal conversion electrons, alpha particles and fission products. To interpret the experimental decay spectra, the GABRIELA multidetector was characterized using GEANT4 simulations, which were validated with calibration data. In particular, the impact of summing on the gamma-ray- and electron-detection efficiencies was investigated and showed that simulations are vital for interpreting experimental results obtained using compact and efficient setups like GABRIELA. A novel method to estimate the implantation depth profile of the evaporation residues was devised, which is essential especially for internal-conversion-electron spectroscopy.To be able to use GEANT4 for elements heavier than Fm (Z=100), the source code was modified and the Fluorescence and the Auger emission data were extrapolated to allow accurate radioactive decay simulations up to the element Rf. Using ²⁵⁷Rf experimental data obtained in Dubna and the known decay scheme of the 21/2+ high-K isomer, the functionality of the modified GEANT4 code was validated. Simulations were then used to study the fine structure alpha decay of ²⁵⁵Rf and derive branching ratios to states in ²⁵¹No. The gamma-decay branching ratios and internal conversion coefficients for transitions in ²⁵¹No were also extracted. In ²⁵⁵Rf, two new high-K isomeric states were identified and the existence of a low-lying spin isomer was confirmed. Quantitative and qualitative comparisons of the experimental spectra to simulations have allowed to establish the likely decay schemes and assign possible quasiparticle configurations for all 3 isomers

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Bonin, Julien. "Solvatation de l'électron dans des solutions aqueuses et des alcools : étude par spectroscopie d'absorption femtoseconde." Paris 11, 2005. http://www.theses.fr/2005PA112142.

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Abstract:

Dans ce travail de thèse nous avons étudié, à l'aide d'une méthode de spectroscopie pompe-sonde résolue en temps à l'échelle femtoseconde, l'influence de l'environnement sur le spectre d'absorption optique de l'électron solvaté. Nous avons tout d'abord étudié le spectre d'absorption de l'électron solvaté en solutions aqueuses concentrées en sels. Passant en revue dix cations et deux contre-ions, nous avons observé un déplacement continu de la bande d'absorption vers les courtes longueurs d'onde avec la concentration, sans changement de la forme de la bande d'absorption. Ce déplacement spectral dépend à la fois des caractéristiques du cation (taille et charge), mais aussi du contre-ion (écrantage de la charge et dissociation du sel). Nous avons ensuite étudié la dynamique de solvatation de l'électron dans plusieurs alcools (propane-1-ol, pentane-1-ol, propane-1,2-diol, propane-1,3-diol et glycérol). Les spectres d'absorption transitoire enregistrés sur 450 ps et entre 440 et 710 nm ont montré qu'après sa formation, l'électron solvaté absorbe majoritairement dans le proche-IR, puis son spectre évolue vers le domaine visible, atteignant le spectre de l'espèce stable en quelques dizaines de picosecondes. L'analyse globale de ces données par deux schémas de solvatation (par étapes et continu) au moyen d'une puissante méthode d'inférence bayésienne couplée à une méthode de Monte Carlo par Chaîne de Markov a permis d'obtenir des temps caractéristiques corrélant les propriétés macroscopiques des liquides (viscosité et temps de relaxation diélectrique) In this PhD work we studied, with a time-resolved femtosecond pump-probe spectroscopy method, the influence of the environment on the optical absorption spectrum of the solvated electron. First, we studied the absorption spectrum of the solvated electron in concentrated aqueous solutions of salts. Reviewing ten cations and two counterions, we observed a continuous shift of the absorption band toward shorter wavelengths without any change in shape and the bandwidth. The spectral shift depends on the characteristics of the cation (size and charge) but also on the counterion (screening effect and salt dissociation). Then, we studied the electron solvation dynamics in several alcohols (propane-1-ol, pentane-1-ol, propane-1,2-diol, propane-1,3-diol and glycerol). The transient absorption spectra recorded on 450 ps and between 440 and 710 nm have showed that, after its formation, the solvated electron mainly absorbs in the near-IR, then its spectrum evolves toward the visible domain to reach the spectrum of the stable species after a few tens of picoseconds. Global analysis of these data by two solvation models (stepwise and continuous) using a powerful Bayesian inference method coupled with a Markov Chain Monte Carlo method has allowed us to obtain characteristic times that correlate the macroscopic properties of the liquids (viscosity and dielectric relaxation times)

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Baida, Hatim. "Propriétés optiques et spectroscopie non-linéaire de nanoparticules individuelles." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00713129.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'étude expérimentale de la réponse optique linéaire et non-linéaire de nanoparticules métalliques individuelles. Pour cela une technique optique originale en champ lointain, basée sur la modulation spatiale de l'échantillon, a été mise en place et combinée avec une technique pompe-sonde résolue en temps à l'échelle femtoseconde. Dans un premier temps nous nous sommes intéressés à la caractérisation optique de nanoparticules modèles formées par une nanosphère d'argent encapsulée dans une couronne de silice. Nous avons mis en évidence la conséquence principale du confinement quantique électronique sur la réponse optique des nanoparticules : l'élargissement de leur résonance plasmon de surface avec la réduction de la taille (proportionnel à l'inverse du rayon, pour des nanosphères). Cette étude détaillée n'avait jamais été réalisée, car elle nécessite des mesures sur des nanoparticules uniques (pour s'affranchir des effets d'élargissement inhomogène de la résonance dus aux dispersions en taille, géométrie et environnement) et de taille connue. Ceci a été possible grâce à la mesure quantitative de leur section efficace d'extinction et/ou à la corrélation directe de l'image optique du nano-objet avec son image par microscopie électronique. La deuxième partie de ce travail a été consacrée à l'étude de la réponse optique linéaire et non-linéaire résolue en temps de nanobâtonnets d'or. Ces systèmes sont particulièrement intéressants car leurs propriétés optiques peuvent être contrôlées en modifiant leur géométrie (rapport d'aspect en particulier). Leur spectre d'extinction et sa dépendance en polarisation ont tout d'abord été étudiés au niveau de l'objet individuel. La comparaison de cette réponse optique linéaire avec des modèles théoriques a permis d'obtenir des informations sur leur orientation et géométrie. La réponse optique non-linéaire ultrarapide du même nanobâtonnet a ensuite été mesurée par une technique pompe-sonde femtoseconde à très haute sensibilité. La nanoparticule étudiée étant totalement caractérisée optiquement, une mesure quantitative de sa non-linéarité a ainsi pu être réalisée, et son origine physique déterminée à partir d'un modèle théorique.

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Karraï, Khaled. "Etude de propriétés magnéto-optiques des hétérostructures de semiconducteurs III-V par spectroscopie submillimétrique." Grenoble 1, 1987. http://www.theses.fr/1987GRE10127.

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Abstract:

Interpretation des resultats experimentaux par un modele de transmission optique en presence de champ magnetique externe, developpe dans le formalisme de la fonction reponse; mise en evidence de l'absence d'interaction electron-phonon to etrange et d'une interpretation satisfaisante sans recours a l'interaction electron-phonon lo, indiquant l'importance de l'effet ecran dans la theorie de l'effet polaron resonnant. Etude de l'interaction spin-orbite induite par le champ electrique existant a l'interface; calcul des regles de selection des transitions entre niveaux de landau dans les differentes configurations magnetooptiques, differences par rapport aux semiconducteurs massifs

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Elloumi, Hatem. "Prise en compte des écarts à l'équilibre thermodynamique local dans le diagnostic des décharges dans le mercure par spectroscopie des raies atomiques." Toulouse 3, 1997. http://www.theses.fr/1997TOU30184.

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Abstract:

Le travail presente se propose d'evaluer les ecarts a l'equilibre thermodynamique local (etl) dans les decharges mercure qui servent de base a la plupart des sources de rayonnement fonctionnant a pression elevee. L'analyse effectuee repose en grande partie sur la determination de la densite du fondamental a partir de l'epaisseur optique pour la raie de resonance du mercure. Plus precisement on a etabli une relation integrale entre la position du maximum de luminance dans l'aile rouge de la raie et la densite du niveau fondamental. Compte tenu des divergences que laisse apparaitre la litterature dans l'interpretation de l'elargissement de la raie de resonance, une etude du profil a ete effectuee qui nous a permis de determiner un ensemble coherent de valeurs des parametres d'elargissement. La densite electronique au centre de la decharge a ete obtenue a partir de la raie 690,7 nm alors que la temperature electronique a ete determinee a partir de l'intensite maximale de la raie de resonance. Une evaluation de la difference entre les temperatures des electrons et du gaz de neutres a ete effectuee en utilisant la methode du saut d'intensite applique a la raie 365 nm. Enfin, les resultats obtenus sont compares a ceux donnes par un modele a deux fluides et deux temperatures. Les comparaisons effectuees montrent que l'accord est generalement satisfaisant, en particulier pour ce qui concerne la temperature des electrons dans la partie centrale de la decharge.

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Castro, Vaz Diogo. "Spin-to-charge current conversion in SrTiO3-based two-dimensional electron gases." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2018SORUS449.pdf.

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Abstract:

Ce travail présente l’étude de la conversion courant de spin en courant de charge dans les gaz d’électrons bidimensionnels à base de SrTiO3. Nous commençons par une présentation des concepts de base de la spintronique : le spin, une déﬁnition du courant de spin et le comportement des spins dans des matériaux, les principales conséquences de la relation entre les courants de charge et de spin dans diﬀérents matériaux, et comment un courant de charge peut être converti en un courant de spin (et vice versa). Dans des scénarios spéciﬁques, la physique de l’interconversion suit des considérations de symétrie particulières dans le cadre des eﬀets de Dressllehaus et de Rashba, qui expliquent l’interconversion du courant de charge/spin dans les gaz d’électrons 2D via l’eﬀet direct et inverse d’Edelstein. Dans le deuxième chapitre, nous présentons le principal matériau utilisé dans cette thèse: le titanate de strontium (SrTiO3). Après avoir analysé ses principales caractéristiques, nous explorons le gaz d’électrons 2D présent dans le système LaAlO3/SrTiO3. Nous discutons en détail de l’origine de la conductivité interfaciale entre ces deux isolateurs, l’épaisseur critique de conduction de 4 mailles de LaAlO3 et des principaux mécanismes conduisant à la formation du gaz électronique 2D (catastrophe polaire, interdiﬀusion de cation, réactions à la surface et défauts induits par la polarité). Ensuite, nous décrivons en détail la procédure expérimentale pour obtenir des hétérostructures de LaAlO3/SrTiO3: le traitement de surface des monocristaux de SrTiO3, la croissance par ablation laser pulsé de ﬁlms ultra-minces de LaAlO3, et la pulvérisation cathodique. Nous introduisons les deux techniques principales utilisées pour évaluer les propriétés interfaciales, la spectroscopie photoélectronique de rayons X (XPS) et le magnétotransport, avec quelques résultats pour les échantillons de LaAlO3/SrTiO3. Enﬁn, nous montrons comment un mince dépôt d’une couche métallique sur LaAlO3/SrTiO3 peut modiﬁer radicalement les propriétés interfaciales en réduisant (si le métal est réactif et possède un travail de sortie inférieur à une valeur critique) ou en augmentant (pour les métaux nobles) l’épaisseur critique de la conduction interfacial. Pour conclure ce chapitre, nous proposons un modèle qui décrit comment un gaz d’électrons 2D peut être créé dans d’autres systèmes à base d’oxydes complexes. Dans le troisième chapitre, nous étudions les phénomènes de conversion spin/charge. Nous commençons par un état de l’art de la littérature concernant des observations expérimentales des gaz d’électrons Rashba 2D, ainsi que de la conversion du courant spin-à-charge par l’eﬀet Edelstein inverse dans les puit de potentiel à base de semi-conducteurs, les isolants topologiques et les systèmes à base d’oxydes. Ensuite, nous introduisons le pompage de spin, une technique utilisée pour générer des courants de spin purs. Les résultats de la conversion du courant spinà-charge dans les systèmes LaAlO3/SrTiO3 et metal/SrTiO3 sont présentés, accompagnés d’une interprétation de la géante et ajustable con-version spin/charge. Dans le cas d’échantillons composés par metal/SrTiO3 , la spectroscopie photoélectronique résolue en angle (ARPES) et les notions de mélange de bande électronique et de topologie sont introduites pour justiﬁer la conversion charge/spin extrêmement élevé. Dans le dernier chapitre, nous montrons des expériences supplémentaires réalisées sur le système LaAlO3/SrTiO3 en ce qui concerne la magnétorésistance anisotrope et unidirectionnelle [...] This thesis is composed by four chapters. In the ﬁrst, we start by introducing basic concepts in spintronics, such as the electron spin, a deﬁnition of spin current, and how spins behave in real materials. Then, we review the main consequences of the relation between charge and spin currents in diﬀerent materials, and how a charge current can be converted in a spin current (and vice-versa). In particular scenarios, the physics of the interconversion follows special symmetry considerations in the framework of the Dressllehaus and Rashba eﬀects, which in turn explain the spin-to-charge current interconversion in 2D electron gases through the direct and inverse Edelstein eﬀect. In the second chapter, we introduce the main material used throughout this thesis: strontium titanate (SrTiO3). After reviewing its main features, we explore the remarkable 2D elec-tron gas found in the LaAlO3/SrTiO3 system. We discuss in detail the origin of the interfacial conductivity that arises between these two insulators, the critical thickness for conduction of 4 unit cells of LaAlO3, and the main mechanisms that lead to the 2D electron gas formation (polar catastrophe, cation interdiﬀusion, surface reactions and polarity-induced defects). Then, we thoroughly describe the experimental procedure to obtain such heterostructures, including a comprehensive guide on the surface treatment of SrTiO3 single crystals, the pulsed laser deposition growth of ultra-thin LaAlO3 ﬁlms and magnetron sputtering. In addition, we elaborate on the two main techniques used to evaluate the interfacial properties, X-ray photoelectron spectroscopy and magnetotransport, while showing some results for LaAlO3/SrTiO3 samples. Lastly, we show how a thin deposition of a metallic layer on top of LaAlO3/SrTiO3 can drastically change the interfacial properties, by reducing (if the metal is reactive) or increasing (for noble metals) the critical thickness for conduction. We end this chapter by giving a blueprint that describes how a 2D electron gas can be created in other oxide systems. In the third chapter we investigate spin-tocharge conversion phenomena. We start by giving an overview on experimental observations of Rashba 2D electron gases, as well as spin-to-charge current conversion through the inverse Edelstein eﬀect in semiconductor quantum wells, topological insulators and oxide-based systems. Then, we thoroughly introduce spin pumping, a technique used to generate pure spin currents. Results for spin-to-charge current conversion in the LaAlO3/SrTiO3 and metal-capped SrTiO3 systems are shown, accompanied by an interpretation of the large and tunable conversion eﬃciency. For the metal-capped SrTiO3 case, angle-resolved photoemission spectroscopy and notions of electronic band mixing and topology are introduced to describe the extremely large eﬃciency. In the last chapter, we show additional experiments performed on the LaAlO3/SrTiO3 system regarding anisotropic and unidirectional magnetoresistance, while reviewing the scarce bibliography on these eﬀects in 2D electron gases. After that, we introduce a recently discovered eﬀect, the unidirectional spin Hall magnetoresistance, and develop a simple conceptual model for an analogous eﬀect in 2D electron gases: the unidirectional Edesltein magnetoresistance. This eﬀect is based on the expected strong charge-to-spin conversion in 2D electrons gas, and the interaction of the generated spin currents with an adjacent ferromagnet. We ﬁnish by very brieﬂy showing preliminary experiments in NiFe/ LaAlO3/SrTiO3 heterostructures

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Modeley, Derek. "Etude des états doublement excités de H- et des processus de seuil dans les collisions H-/gaz rare par spectroscopie électronique à zéro degré." Paris 6, 2003. http://www.theses.fr/2003PA066458.

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Torche, Abderrezak. "Simulations ab-initio des spectres Raman résonants dans le graphène, les multicouches de graphène et le graphite." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066522.

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Abstract:

Les multicouches de graphène en empilement rhomboédrique sont considérés comme une phase prometteuse du carbone. Cela est due à la particularité de cette phase de pouvoir exhiber des états à forte corrélation électronique comme le magnétisme ou la supraconductivité à haute température critique. Ce qui est due, a son tour, à l’occurrence d’un état de surface avec une dispersion d’énergie électroniques quasi-nulle à proximité du niveau de Fermi. Malgré que le graphite Bernal soit la forme la plus stable du graphite, des échantillons a trois et quatre couches de graphène en empilement rhomboédrique ont pu être synthétisés. Plus récemment, des flocons d’épaisseur dépassant les 17 couches ont été isolés et provisoirement attribués à des séquences d’empilement rhomboédrique. Cette attribution à été faite via des expériences de spectroscopie Raman sous champ magnétique, bien que l’empreinte Raman des multicouche de graphène en empilement rhomboédrique est actuellement inconnue. Même le cas simple du spectre Raman résonnant à deux phonons (le pic 2D) du graphite Bernal n’est pas totalement compris. Dans ce travail de thèse, nous fournissons une description ab-initio complète du pic Raman 2D dans les systèmes de graphène à trois et quatre couches pour tous les empilements possibles, ainsi que pour le graphite Bernal, rhomboédrique et une alternance de graphite Bernal et rhomboédrique Multi-layer graphene with rhombohedral ABC stacking is considered as a promising carbon phase possibly displaying correlated states like magnetism or high-T c superconductivity due to the occurrence of an ultraflat electronic surface band at the Fermi level. Despite Bernal graphite being the most stable form of graphite, three and four layers graphene samples with rhombohedral stacking can be synthesized. Recently, flakes of thickness up to 17 layers were tentatively attributed ABC sequences although the Raman fingerprint of rhombohedral multilayer graphene is currently unknown and the 2D two-phonon resonant Raman spectrum of Bernal graphite not completely theoretically understood. Here we provide a complete first principles description of the 2D Raman peak in three and four layer graphene for all possible stackings, as well as for bulk Bernal, rhombohedral and an alternation of Bernal and rhombohedral graphite, that can be seen as a periodic sequence of ABA and ABC trilayers. Calculations for several laser energies are performed and we give practical prescriptions are proposed to identify long range sequences of ABC multi-layer graphene flakes

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Burema, Shiri. "Inelastic Electron Tunneling Spectroscopy with the Scanning Tunneling Microscope : a combined theory-experiment approach." Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2013. http://www.theses.fr/2013ENSL0821.

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Abstract:

La Spectroscopie par Effet Tunnel Inélastique (IETS) avec un Microscope à Effet Tunnel (STM) est une nouvelle technique de spectroscopie vibrationnelle, qui permet de caractériser des propriétés très fines de molécules adsorbées sur des surfaces métalliques. Des règles de selection d’excitation vibrationnelle basées sur la symétrie ont été proposées, cependant, elles ne semblent pas exhaustives pour expliquer la totalité du mécanisme et des facteurs en jeu; elles ne sont pas directement transposables pour les propriétés d'un adsorbat et sont lourdes d'utilisation. Le but de cette thèse est donc d'améliorer ces règles de selection par une étude théorique. Un protocole de simulation de l'IETS a été développé, paramétré, et évalué, puis appliqué pour calculer des spectres IETS pour différentes petites molécules, qui sont systématiquement liées, sur une surface de cuivre. Des principes additifs de l'IETS ont été developpés, notamment concernant l’extension dans le vide de l’état de tunnel, l'activation/ quench sélectif de certains modes du aux propriétés électroniques de certains fragments moléculaires, et l'application de certaines règles d'addition de signaux IETS. De plus, des empreintes vibrationnelles par des signaux IETS ont été determinées pour permettre de différentier entre les orientations des adsorbats, la nature chimique des atomes et les isomères de structures. Une stratégie simple utilisant les propriétés de distribution de la densité électronique de la molécule isolée pour prédire les activités IETS sans des couts importants de calculs a aussi été développée. Cette expertise a été utilisée pour rationaliser et interpréter les mesures expérimentales des spectres IETS pour des métalloporphyrines et métallophtalocyanines adsorbées. Ces études sont les premières études IETS pour des molécules aussi larges et complexes. L'approche expérimentale a permis de déterminer les limitations actuelles des simulations IETS. Les défauts associés à l'identification ont été résolus en faisant des simulations d'images STM complémentaires Inelastic Electron Tunneling Spectroscopy (IETS) with the Scanning Tunneling Microscope (STM) is a novel vibrational spectroscopy technique that permits to characterize very subtle properties of molecules adsorbed on metallic surfaces. Its proposed symmetry-based propensity selection rules, however, fail to fully capture its exact mechanism and influencing factors; are not directly retraceable to an adsorbate property and are cumbersome. In this thesis, a theoretical approach was taken to improve them. An IETS simulation protocol has been developed, parameterized and benchmarked, and consequently used to calculate IETS spectra for a set of systematically related small molecules on copper surfaces. Extending IETS principles were deduced that refer to the tunneling state’s vacuum extension, the selective activating/quenching of certain types of modes due to the moieties’ electronic properties, and the applicability of a sum rule of IETS signals. Also, fingerprinting IETS-signals that enable discrimination between adsorbate orientations, the chemical nature of atoms and structural isomers were determined and a strategy using straightforward electronic density distribution properties of the isolated molecule to predict IETS activity without (large) computational cost was developed. This expertise was used to rationalize and interpret experimentally measured IETS spectra for adsorbed metalloporphyrins and metallophthalocyanines, being the first IETS studies of this large size. This experimental approach permitted to determine the current limitations of IETS-simulations. The associated identification shortcomings were resolved by conducting complementary STM-image simulations

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Pinet, Véronique. "Approche quantitative de la spectroscopie auger : influence de la procedure experimentale et des facteurs correctifs." Paris 6, 1988. http://www.theses.fr/1988PA066482.

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Abstract:

Caracteristiques des analyseurs utilises en spectroscopie d'electrons auger (cha, cma, mac2); avantages et inconvenients de chacun d'eux. On propose une methode permettant de determiner de facon autonome la transmission de n'importe quel analyseur. Application au mac2. Etude de l'influence des facteurs correctifs sur les alliages or-cuivre. Les estimations de concentration de surface obtenues dans ce travail sont ensuite comparees aux donnees publiees dans la litterature. Discussion de l'influence du bombardement ionique

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Mahmoud, Salman. "Étude théorique des molécules diatomiques BN, SiN et LaH, structure électronique et spectroscopie." Thesis, Montpellier 2, 2014. http://www.theses.fr/2014MON20080/document.

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Abstract:

Une étude théorique ab initio des structures électroniques des molécules Diatomiques polaires BN, SiN et LaH dans la représentation 2s+1Λ(+/-)Ont été effectués par la méthode du champ auto-cohérent de l'espace Actif complet (CASSCF), suivie par l'interaction de la configuration multiréférence (MRSDCI). La correction de Davidson, notée (MRSDCI+ Q), a ensuite été appliquée pour rendre compte de clusters ou agrégats quadruples non liés. L'ensemble de l'espace de configuration de CASSCF a été utilisé comme référence dans le calcul MRCI, qui a été effectués en utilisant le programme de calcul de chimie physique MOLPRO et en tirant parti de l'interface graphique Gabedit. Quarante-deux de plus bas états électroniques dans la représentation 2s+1Λ(+/-)au-dessous de 95000 cm-1 ont été étudiés de la molécule BN. Alors que vingt-huit états électroniques dans les représentations 2s+1Λ(+/-) jusqu'à 70000 cm-1 de la molécule de SiN ont été étudiés. D'autre part, les vingt-quatre bas états électroniques de LaH dans les représentations 2s+1Λ(+/-) au-dessous de 70000 cm-1 ont été étudiées par deux méthodes différentes et en prenant en considération l'effet des spin-orbite de la molécule LaH et nous avons observé la division énergétique des huit états électroniques. Les courbes d'énergie potentielle ont été construites avec la fréquence co-harmonique ωe, la distance internucléaire de l'équilibre re, les constantes de rotation Be. L'énergie électronique par rapport à l'état fondamentale Te a été calculé pour les états électroniques considérés comme des BN, SiN et la molécule LaH respectivement. En utilisant l'approche des fonctions canoniques, les valeurs propres Ev, les constantes rotationnelles Bv, la constante de distorsion centrifuge Dv et les abscisses des points de retournement Rmin and Rmax ont été calculés pour les états électroniques au niveau de vibration v=51 pour LaH molécule. Dix-huit et neuf états électroniques ont été étudiées pour la molécule BN et SiN respectivement. Pour LaH, vingt-trois états électroniques de la molécule LaH et l'effet de spin-orbite de molécule LaH sont donnés ici pour la première fois. La comparaison avec les données expérimentales et théoriques pour la plupart des constantes calculées démontre une très bonne précision. Enfin, ces résultats devraient ainsi mener à des études expérimentales plus poussées pour ces molécules. Nos résultats ont été publiés dans le Canadian Journal of Chemistry, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, nous avons deux autres articles en préparation à soumettre In the present work a theoretical investigation of the lowest molecular states of BN, SiN and LaH molecule, in the representation 2s+1Λ(+/-), has been performed via complete active space self-consistent field method (CASSCF) followed by multireference single and double configuration interaction method (MRSDCI). The Davidson correction noted as (MRSDCI+Q) was then invoked in order to account for unlinked quadruple clusters. The entire CASSCF configuration space was used as a reference in the MRCI calculation which has been performed via the computational chemistry program MOLPRO and by taking advantage of the graphical user interface Gabedit. Forty-two singlet, triplet, and quintet lowest electronic states in the 2s+1Λ(+/-) representation below 95000 cm-1 have been investigated of the molecule BN. While twenty-eight electronic states in the representation2s+1Λ(+/-)up to 70000 cm-1 of the SiN molecule have been investigated.On the other hand the Twenty four low-lying electronic states of LaH in the representation 2s+1Λ(+/-) below 35000 cm-1 have been studied by two different methods and by taking into consideration the spin orbit effect of the molecule LaH we give in the energy splitting of the eight electronic states. The potential energy curves (PECs) together with the harmonic frequency ωe, the equilibrium internuclear distance re, the rotational constants Be and the electronic energy with respect to the ground state Te have been calculated for the considered electronic states of BN, SiN and LaH molecule respectively. Using the canonical functions approach, the eigenvalues Ev, the rotational constants Bv ,the centrifugal distortion constants Dv and the abscissas of the turning points Rmin and Rmax have been calculated for electronic states up to the vibrational level v =51 for LaH molecule.Eighteen and Nine electronic states have been investigated here for the first time for the molecules of BN and SiN respectively, while for LaH, news results are performed for twenty three electronic states of LaH molecule and the spin-orbit effect of LaH molecule is given here for the first time. A comparison with experimental and theoretical data for most of the calculated constants demonstrated a very good accuracy. Finally, we expect that the results of our work should invoke further experimental investigations for these molecules. Our results have been published in Canadian journal of chemistry, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer and we have two other papers in preparation to submit

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Molas, Maciej. "Complexes multiexcitoniques dans des boites quantiques semiconductrices." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENY041/document.

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Abstract:

Le présent travail se concentre sur l'étude des niveaux d'énergie et des processus de recombinaison de complexes excitoniques larges - jusqu'à quatre paires électron-trou - considérés au niveau d'une boîte quantique unique remplie optiquement. Les boîtes étudiées dans ces expériences, formées à partir d'une matrice de Ga(Al)As, représentent un système à zéro dimension avec un confinement relativement fort et peuvent en effet avoir plusieurs couches électroniques s, p, comme dans le cas d'atomes. Les boîtes peuvent être facilement sélectionnées à l'état individuel du fait de la très faible densité de surface des structures considérées. Les techniques expérimentales utilisée dans ce travail comprennent : les méthodes de spectroscopie sur boîtes uniques, la détection optique résolue en polarisation, l'utilisation de champs magnétiques intenses et des mesures de corrélation de photons. En ce qui concerne les expériences de photoluminescence, nous avons distingué les excitations en dessous de la barrière de celles se produisant en dessus. Finalement, des expériences de spectroscopie d'excitation de la photoluminescence ont aussi été réalisées en champ magnétique.En fonction des conditions d'excitation, les boîtes étudiées présentent une multitude de raies relativement étroites, chaque boîte révélant un schéma caractéristique de raies groupées en amas distincts, similaires à une série de couches électroniques pour un atome. La présente étude s'est concentrée sur l'intervalle spectral correspondant aux couches électroniques s et p. L'identification des raies spectrales s'est principalement basé sur les résultats obtenus lors d'observations résolues en polarisation ou bien lors de mesures de corrélation de photons. Ces expériences révèlent trois familles distinctes de raies d'émission, chacune étant respectivement reliée à un complexe électron-trou (excitonique) neutre, chargé positivement, ou bien négativement. Une attention particulière a été portée aux raies d'émission observées dans une cascade en quatre étapes partant d'un complexe à quatre excitons, jusqu'au niveau de la recombinaison d'un exciton neutre, ainsi que celles observées dans une cascade en deux étapes partant d'un bi-exciton chargé positivement, jusqu'à la recombinaison d'un état singulet ou triplet d'un exciton chargé positivement. La structure fine induite par les interactions d'échange - et préalablement observée lors des mesures résolues en polarisation à champ magnétique nul - a été étudiée pour différentes raies d'émission. L'évolution de ce dédoublement de raies a été examiné en fonction du champ magnétique. Les résultats sont interprétés en terme d'anisotropie de forme des boîtes et d'une interaction avec les effets spin-orbite, caractéristiques des différents processus de recombinaison. Une partie importante de ce travail a été dévolue à la comparaison entre le spectre d'émission mesuré pour des puissances d'excitations relativement importantes avec les spectres d'excitation de la photoluminescence. De telles expériences ont aussi été conduites sous champ magnétique. Comme attendu, les spectres d'émission des complexes excitoniques d'ordres élevés sont particulièrement affectés par les interactions coulombiennes entre porteurs, et sont par conséquent très différents des spectres d'excitation de la photoluminescence (quasi-absorption) des excitons neutre et chargés. Deux types d'évolution en champ magnétique de raies d'absorption observées (résonance) - reliées aux couches s et p - ont été mesurés. Les résonances de type s sont attribuées à la transition entre un niveau excité de trou de la bande de valence et l'état fondamental de la couche s dans la bande de conduction. Une raie d'émission, observée dans le groupement de la couche p, coïncide cependant avec la raie d'absorption. Nous concluons que cette résonance vient d'un état excitonique excité qui se recombine de manière radiative dû à un blocage efficace de sa relaxation vers l'état fondamental The studies of energy levels and of recombination processes of single quantum dots, optically filled with up to four electron-hole pairs are the subject of this work. The dots used in the present experiments, formed out of the Ga(Al)As matrix, represent relatively strongly confined zero-dimensional systems, and display several, atomic-like s-, p-,. . . shells. Single dots can be easily selected in our structures as they exhibit an extremely low surface density. Experimental techniques applied in this work include the methods of single dot spectroscopy, polarization resolved techniques, application of magnetic fields and photon correlation measurements. Distinct, below- and above-dot-barrier laser excitation has been used for photoluminescence experiments. Importantly, the photoluminescence excitations experiments (in magnetic fields) have been carried out, as well.Depending on excitation conditions (power and wavelength of laser), the investigated dots show a multitude of relatively sharp lines, each dot displaying the same, characteristic pattern of lines, grouped into distinct clusters corresponding to subsequent atomic-like shells. Spectral range covering the s- and p-shells region has been explored in the present studies. The assignment of spectral lines has been at large provided by the results of polarization resolved micro-photoluminescence and photon correlation experiments. Those experiments depict three distinct families of emission lines, each related to recombination of, correspondingly, neutral, positively charged and negatively charged electron-hole (excitonic) complexes. The emission lines observed within a four step cascade of a neutral quadexciton down to the recombination of a neutral exciton and two step cascades of positively charged biexcitons down to the recombination of a singlet and triplet state of positively charged excitons have been studied in details. The fine structure, induced by exchange interactions and preliminarily seen in (linear) polarization resolved emission experiment at zero magnetic field, has been studied for various emission lines (related to s- and p- shells). The evolution of this splitting has been then investigated as a function of the magnetic field. The results are interpreted in terms of the shape anisotropy of dots and an interplay between spin- and orbital-mediated effects, characteristic of different recombination processes. A significant portion of this work has aimed to compare the emission spectra measured at a relatively high excitation power (which include the recombination processes of up to quadexciton complexes) with photoluminescence excitation spectra (which probe the excited states of a single exciton). Such experiments have been also carried out as a function of the magnetic field. As expected the emission spectra of high order excitonic complexes are indeed greatly affected by Coulomb interactions between carriers and in consequence are in general very different from the photoluminescence excitation spectra (quasi absorption) of a neutral and charged exciton. Two types of the magnetic field evolution of detected absorption lines (resonant peaks), the s- and p-shell related, have been measured. The s-shell like resonant peaks were attributed to the transition between the excited hole levels in the valence band and the ground s-shell level in the conduction band. Nevertheless, there exists an emission line which is observed within the p-shell cluster, and which coincides with the absorption line. That "coinciding resonance" is concluded to be an excited excitonic state which recombines radiatively due to efficient blocking of its relaxation towards the ground state

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Haddad, Noël. "Étude des propriétés diélectriques des phases Mn+1AXn par spectroscopie de pertes d'énergies des électrons." Paris 11, 2009. http://www.theses.fr/2009PA112349.

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Abstract:

Les phases MAX sont des carbures et nitrures ternaires dont les propriétés sont intermédiaires entre celles de métaux et de céramiques. Ce travail de thèse a pour objectif de mesurer leur constante diélectrique complexe en fonction de la composition et de l'orientation cristallographique. Les échantillons utilisés sont des monocristaux élaborés en couches minces et des polycristaux massifs. Les mesures ont été effectuées par spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS) et par l'ellipsométrie V-UV. Les propriétés diélectriques très différentes en fonction de l'orientation du cristal ont été mises en évidence et ont donc confirmé l'anisotropie suggérée par la théorie. L'étude d'autres composés en couches minces tel que Ti2GeC, Ti2SnC dont la synthèse a été réalisée nous a permis d'étudier l'influence des éléments A sur les propriétés diélectriques et optiques de ces matériaux. Un modèle phénoménologique semi-classique de Drude-Lorentz a été utilisé pour reproduire la fonction Ɛ. Après ajustement de ce modèle aux mesures expérimentales, il a été possible d'extraire la densité electronique et d'estimer un temps de relaxation des électrons libres. Les résultats sont en bon accord avec les valeurs publiées et nous permettent de confirmer que la conductivité statique présente une forte anisotropie dans Ti2A1C et Ti2A1N. Enfin, une approche ab initio a été mise en œuvre afin de modéliser les constantes diélectriques complexes. Ces calculs basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendant du temps (TDDFT) reproduisent l'anisotropie de la réponse diélectrique et montrent qu'elle est intimement liée aux champs locaux The MAX phases are ternary carbides and nitrides which exhibit remarkable properties half way between metals end ceramics. In this work, we have measured the complex dielectric constant Ɛ(ω) as a function of the composition of the sample. The samples are thin films of single crystal grown by magnetron sputtering and bulk polycristals processed by hot isostatic pressure. The measurements have been performed by electron energy loss spectroscopy (EELS) in the infrated - soft x-ray range and by V-UV ellipsometry in the infrated-ultraviolet range (1. 6 to 5. 5 eV). The dielctric properties of the Ti2A1C and Ti2A1N samples are remarkably different with the crystallographic orientation. In particular, a shift of the energy position of the plasmon of Ti1A1C with respect to the orientation of the crystal is observed. The dielectric constants of thin films of Ti2GeC, Ti2SnC and V2GeC have also been determined. A empirical semi-classical Drude-Lorentz model is fitted to the experimental spectra enabled us to extract the microscopic parameters such as the relaxation times and the electron density and the lifetime of free electrons. In addition, we show that the DC conductivity is indeed anisotropic in these compounds, a fact which has not been possible to address so far on macroscopic measurements. The dielectric function has been modelled in the framework of the time dependant density functional theory. Our calculations showed that the various dielctric functions in Ti2A1C are clearly influenced by strong local effect created by the presence of the d band in this material

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Dissertations / Theses on the topic 'Electron spectroscopie'

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