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Dissertations / Theses on the topic 'Interactions électron-phonon'
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Zoccante, Paolo. "Electron-electron renormalization of the electron-phonon coupling in many-valley systems : the case of ZrNCl." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066760.
Full textAbstract:
Lix ZrNCl is a layered superconductor with a double-honeycomb structure whose critical superconducting temperature (TC ) increases upon doping reduction. This is unexpected, since this system presents parabolic bands centered on the zone boundary K point, and a quasi-2D electron-gas structure with an almost constant density of states. As such, it can be considered the physical realization of a valley-degenerate electron gas. In the first part of this thesis, we present a theoretical investigation of the superconducting properties of Lix ZrNCl as a function of doping using Density Functional Theory. The computed vibrational spectra display a strong coupling in the reciprocal space region near the high-symmetry Γ and K special points. The predicted critical temperatures are in agreement with the experiments at high doping, but do not explain the low-doping TC enhancement. In the second part of the thesis, we establish an exact mapping between the electron-phonon Hamiltonian in a many-valley system and the Hamiltonian of an electron gas in a magnetic field. Quantum Monte Carlo fully-correlated calculations are used to correct the Density Functional theory results. We found that the inclusion of many-body effects leads to an enhancement of TC at low doping via a doping-dependent renormalization of the electron-phonon coupling. This enhancement depends strongly on the thickness of the electronic layer and the interactions with the neighbouring charged planes. Due to the fundamental nature of this mechanism, we expect to find the same low electron-density behavior in a wide class of many-valley layered materials<br>Lix ZrNCl est un supraconducteur lamellaire; sa température critique supraconductrice (TC ) augmente lorsque la quantité de dopant dans le matériau est réduite. Ce comportement est inattendu, car le système présente des bandes paraboliques centrées sur les points spéciaux à haute symétrie K et une structure électronique quasi-2D, avec une densité d’états presque constante. Lix ZrNCl peut être considéré comme la réalisation physique d’un gaz d’électrons avec deux vallées dégénérées. Dans la première partie de cette thèse, nous étudions les propriétés supraconductrices en fonction du dopage de Lix ZrNCl en utilisant la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT). Les spectres vibrationnels du système montrent un fort couplage dans la région proche de Γ et K. Les températures critiques calculées sont en accord avec les données expérimentales à haut dopage, mais n’expliquent pas la hausse de TC à bas dopage. Dans la deuxième partie de la thèse, on établit une correspondance exacte entre l’Hamiltonien électron-phonon d’un système à plusieurs vallées et l’Hamiltonien d’un gaz d’électrons dans un champ magnétique. Des calculs Monte Carlo Quantique sont utilisés pour corriger les résultats obtenus avec la DFT. L’inclusion des effets à N-corps provoque une hausse de la température critique à bas dopage, due à la renormalisation de l’interaction électron-phonon. Cette augmentation dépend fortement de l’épaisseur de la couche électronique et des interactions avec les autres plans chargés. À cause de la nature fondamentale de ce mécanisme, nous nous attendons à trouver un comportement similaire sur une grande gamme de matériaux présentant une dégénérescence de vallées
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Marini, Jean-Claude. "Influence du couplage électron-phonon sur les états excitoniques dans les microsphères de semi-conducteur : application à CuCl et CdSe." Metz, 1994. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/1994/Marini.Jean_Claude.SMZ9436.pdf.
Full textAbstract:
Nous étudions de manière théorique l'influence du couplage électron-phonon sur les excitons dans les microsphères de semi-conducteur. Nous décrivons les états électroniques à l'aide d'un modèle à deux bandes non dégénérées dans le cadre de l'approximation de la fonction enveloppe. L'effet du confinement quantique est décrit par l'intermédiaire d'un puits de potentiel infiniment profond, et nous considérons l'approximation adiabatique afin de rendre compte du couplage électron-phonon. Nous utilisons tout d'abord le modèle du pseudo-donneur: le trou, bien plus lourd que l'électron, est supposé fixe au centre de la sphère. Un calcul variationnel de l'énergie de l'état fondamental nous permet de montrer que l'énergie d'interaction exciton-phonon est fortement dépendante de la taille de la microsphère. Nous décrivons ensuite l'exciton en tenant compte du mouvement du trou, par l'intermédiaire d'une fonction enveloppe d'essai à cinq paramètres. Nous déterminons alors le facteur de Huang-Rhys S associé à l'exciton, qui est une mesure du couplage des porteurs de charge avec les phonons optiques et de l'extension de la densité de charge excitonique, dans des sphères de CuCl et CdSe de petite taille. Ce modèle est toutefois mal adapté au cas de composés présentant des bandes de valences dégénérées tel CdSe. Le modèle simple du pseudo-donneur nous permet d'obtenir des résultats en accord avec l'expérience<br>We study theoreticaly the influence of electron-phonon interaction on excitons in spherical semiconductor microcrystals. The effect of the quantum confinement is described by an infinitely deep potential well in the framework of the envelope function approximation associated with two non degenerate bands. The electron-optical phonon coupling is treated within the adiabatic approximation. We consider first the donorlike exciton model : the hole, much heavier than the electron, is located at the center of the microsphere. A variational calculation of the ground-state energy allows us to show that the exciton-optical phonon interaction energy is strongly size dependent. Then we describe the ground-state exciton considering the hole motion by the use of a five parameter trial envelope function. We determine the Huang-Rhys factor S associated to the exciton, which is a measure of the charge-carrier-optical phonon coupling and the extent of the exciton charge distribution, in small microspheres in the case of CuCl and CdSe. However this model is not well adapted to compounds exhibiting degenerated valence bands as CdSe. The simple theoretical model of a donorlike exciton is in agreement with experiment
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Salami, Sana. "Conductance électronique et effet Seebeck dans des canaux conducteurs implantés sous la surface du diamant." Electronic Thesis or Diss., Lyon 1, 2024. http://www.theses.fr/2024LYO10287.
Full textAbstract:
L'interaction entre les électrons et les phonons dans la matière condensée est responsable du couplage de leurs équations de transport, ce qui donne lieu à des effets d’entrainements mutuels sous l'effet d'un gradient de température (effet Seebeck) ou d'un courant de charge (effet Peltier). Dans certains matériaux, ces effets, connus sous le terme anglophone de « phonon drag », conduisent à des valeurs de coefficient Seebeck très élevées. Ils se manifestent généralement à basse température lorsque le libre parcours moyen des phonons est important, près du maximum en température de la conductivité thermique de réseau. Historiquement, ces effets de « drag » entre les électrons et les phonons ont été mis de côté dans les stratégies de recherche en thermoélectricité car ils coïncident avec un maximum de la conductivité thermique du réseau, ce qui limite l'efficacité thermoélectrique. Toutefois, des études réalisées en 2008 sur des systèmes de silicium nanostructurés ont montré que des effets Seebeck significatifs dus à ces effets de « drag » peuvent coexister avec une faible conductivité thermique du réseau. Les travaux théoriques traitant les équations de transport couplées ont apporté de nouvelles perspectives, démontrant que les états de phonons dominant le transport de chaleur sont distincts de ceux qui sont principalement impliqués dans les effets de drag. L'objectif de ma thèse était de réaliser des expériences pour explorer un nouveau concept d’effets « drag » entre les électrons et les phonons, séparés par une interface. J'ai étudié les propriétés de transport des électrons confinés dans un canal conducteur sous la surface d'un diamant cristallin agissant comme un bain de phonon externe constitué d’états de phonon propagatifs. Mon travail inclut l’élaboration des systèmes, leur caractérisation structurale et le développement de protocoles de mesure pour la conductance et le coefficients Seebeck pour des systèmes conducteurs enterrés. J'ai étudié les propriétés de transport de canaux produits dans différentes conditions d'implantation et de recuit pour comprendre les liens entre leur microstructure et leurs propriétés de transport électronique. Dans la première étude, j'ai mesuré la conductance et le coefficient Seebeck dans des canaux épais (~145 nm) enfouis à environ 200 nm sous la surface du diamant. Ces canaux, créés par implantation ionique d'hélium à une fluence modérée suivie d'un recuit à haute température, présentaient principalement une microstructure graphitique. À température ambiante, la conductance est proche de celle du graphite massif. Le coefficient Seebeck présentait un comportement à basse température similaire à celui du graphite, avec un pic négatif attribué aux effets de traînée. Toutefois, ce pic est apparu à une température nettement plus élevée que dans le cas du graphite massif, ce qui pourrait être une première indication des contributions supplémentaires des phonons du diamant. Dans la seconde étude, j'ai examiné des canaux de dimensions similaires mais soumis à une fluence d'implantation plus faible ou recuits à des températures plus basses. Ces canaux présentent une microstructure désordonnée complexe composée d'agrégats d'atomes de carbone avec une hybridation sp, sp² et sp³. La conductance et le coefficient Seebeck en fonction de la température varient de manière significative par rapport à la première étude. Le coefficient Seebeck est positif et atteint plusieurs milliers de µV/K à basse température. Les propriétés de transport ont été interprétées à l'aide de la théorie du chaos quantique. Mon travail montre la faisabilité des mesures de conductance et du coefficient Seebeck à basse température à travers des canaux conducteurs enfouis sous la surface du diamant et met en évidence la richesse des propriétés de conduction de ces canaux qui peuvent être accordées en contrôlant leur microstructure par un choix judicieux des paramètres d'implantation et de recuit<br>The interaction between electrons and phonons in condensed matter is responsible for the coupling of their transport equations, which gives rise to mutual drag effects between them under the effect of a temperature gradient (Seebeck effect) or a charge current (Peltier effect). In some bulk materials, these drag effects, better known as “phonon drag”, lead to very high Seebeck coefficient values at low temperatures. It usually manifests at low temperatures when the phonon mean free path is large, near the maximum in temperature of the lattice thermal conductivity in dielectric crystals, which occurs due to reduced phonon-phonon scattering. Historically, phonon drag has been overlooked in thermoelectric research as it coincides with the maximum in the lattice thermal conductivity peak, potentially reducing overall thermoelectric efficiency. However, studies in 2008 on nanostructured silicon systems contradicted this, demonstrating that significant Seebeck effects from phonon drag can coexist with low lattice thermal conductivity. Theoretical works treating the coupled transport equations offered new insights, demonstrating that phonon states dominating heat transport are distinct in phase space, in wave-vector, and energy from those mainly involved in drag effects. The aim of my thesis was to carry out experiments to explore a novel concept of phonon drag between electron and phonon gases, separated by an interface. I studied transport properties of electrons confined to a conductive channel beneath the surface of a crystalline diamond acting as an external phonon bath with propagative phonon states. My thesis involved system construction, structural characterization, development of measurement protocols for conductance and Seebeck coefficients, and adaptation of these measurements for buried conductive systems. I analyzed the transport properties of channels produced under different implantation and annealing conditions to understand how the microstructure of the channel influences electronic transport properties. In the first study, I measured conductance and the Seebeck coefficient in thick channels (~145 nm) buried about 200 nm below the diamond surface. These channels, created via helium ion implantation at moderate fluence followed by high-temperature annealing, displayed mostly a graphitic microstructure. At room temperature, the conductance was close to that of bulk graphite. The Seebeck coefficient exhibited low-temperature behavior akin to graphite, with a negative peak attributed to drag effects. However, this peak occurred at a significantly higher temperature compared to solid graphite, which could be a first indication of additional contributions from diamond phonons. In the second study, I examined channels with similar dimensions but subjected to lower implantation fluence or annealed at lower temperatures. These channels exhibited a highly disordered microstructure composed of aggregates of carbon atoms with sp, sp², and sp³ hybridization. The temperature-dependent conductance and Seebeck coefficient varied significantly from the first study. The Seebeck coefficient is positive and reached several thousand µV/K at low temperatures. The transport properties were interpreted using quantum chaos theory. My work shows the feasibility of conductance and Seebeck coefficient measurements at low temperature through conductive channels buried beneath the diamond surface and highlights the rich conduction properties of such channels which can be tuned by controlling their microstructure through a careful choice of implantation and annealing parameters
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Geondzhian, Andrey. "Resonant inelastic X-ray scattering as a probe of exciton-phonon coupling." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY077/document.
Full textAbstract:
Les phonons contribuent à la diffusion inélastique résonante des rayons X (RIXS) du fait du couplage entre les degrés de liberté électronique et ceux du réseau. Contrairement à d'autres techniques sensibles aux interactions électron-phonon, la technique RIXS peut donner accès aux constantes de couplage dépendantes du moment. Des informations sur la dispersion de l'interaction électron-phonon sont très précieuses dans le contexte de la supraconductivité anisotrope conventionnelle et non conventionnelle.Nous avons considéré la contribution des phonons sur la diffusion RIXS d’un point de vue théorique. Contrairement aux études précédentes nous soulignons le rôle du couplage du réseau avec les trous de cœur. Notre modèle, avec les paramètres obtenus ab-initio, montre que même dans le cas d'un trou de coeur profond, la technique RIXS sonde le couplage exciton-phonon plutôt qu’un couplage direct électron-phonon.Cette différence conduit à des écarts quantitatifs et qualitatifs pour le couplage électron-phonon implicite par rapport à l'interprétation standard dans la littérature. Ainsi, notre objectif est de développer une approche rigoureuse pour quantifier le couplage électron-phonon dans le contexte des mesures de diffusion RIXS. La possibilité de reproduire avec précision les résultats expérimentaux à partir des calculs ab-initio, sans recourir à des paramètres ajustés, doit être considérée comme le test ultime d'une compréhension correcte de la contribution des phonons sur la diffusion RIXS.Nous commençons notre travail en considérant uniquement l’interaction trou de coeur-phonon dans le contexte de la spectroscopie par photoémission de rayons X. Nous combinons un calcul ab-initio de la fonction de réponse en espace réel avec des techniques de fonctions de Green à plusieurs corps pour reproduire les bandes latérales vibrationnelles dans les molécules SiX4 (X = H, F). L'approche que nous avons développée peut être appliquée aux matériaux cristallins.Nous examinons ensuite la contribution des phonons aux spectres d'absorption des rayons X. Contrairement aux excitations chargées générées par la photoémission par rayons X, l'absorption des rayons X crée une excitation neutre que nous approchons en tant que trou de cœur et électron excité. Nous résolvons d’abord la partie électronique du problème au niveau de l’équation de Bethe-Salpeter, puis nous habillons la quasi-particule excitonique à 2 particules résultante avec les interactions exciton-phonon en utilisant l’Ansatz des cumulants. La viabilité de cette méthode a été testée en calculant le seuil K XAS de la molécule N2 et le seuil K d’Oxygène de l’acétone. Les spectres vibrationnels obtenus concordent avec les résultats expérimentaux.Enfin, nous construisons une formulation hybride de la section transversale RIXS qui préserve la sommation explicite sur un petit nombre d'états finals, mais remplace la sommation sur les états intermédiaires, ce qui pourrait être extrêmement coûteux, par une fonction de Green. Nous avons obtenu un développement de la fonction de Green et dérivé des solutions analytiques exactes (dans la limite de non-recul) et approximatives. Le formalisme a de nouveau été testé sur le seuil K de l'acétone et est bien en accord avec l'expérience. En perspectives des travaux futurs, nous discutons de l’applicabilité de notre formalisme aux matériaux cristallins<br>Phonons contribute to resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) as a consequence of the coupling between electronic and lattice degrees of freedom. Unlike other techniques that are sensitive to electron-phonon interactions, RIXS can give access to momentum dependent coupling constants. Information about the dispersion of the electron-phonon interaction is highly desirable in the context of understanding anisotropic conventional and unconventional superconductivity.We considered the phonon contribution to RIXS from the theoretical point of view. In contrast to previous studies, we emphasize the role of the core-hole lattice coupling. Our model, with parameters obtained from first principles, shows that even in the case of a deep core-hole, RIXS probes exciton-phonon coupling rather than a direct electron-phonon coupling.This difference leads to quantitative and qualitative deviations from the interpretation of the implied electron-phonon coupling from the standard view expressed in the literature. Thus, our objective is to develop a rigorous approach to quantify electron-phonon coupling within the context of RIXS measurements. The ability to accurately reproduce experimental results from first-principles calculations, without recourse to adjustable parameters, should be viewed as the ultimate test of a proper understanding of the phonon contribution to RIXS.We start by considering only the core-hole--phonon interaction within the context of X-ray photoemission spectroscopy. We combine an ab initio calculation of the real-space response function with many-body Green's functions techniques to reproduce the vibrational side-bands in SiX4 (X=H, F) molecules. The approach we developed is suitable for application to crystalline materials.We next consider the phonon contribution to X-ray absorption spectra. Unlike the charged excitations generated by X-ray photoemission, X-ray absorption creates a neutral excitation that we approximate as a core-hole and an excited electron. We first solved the electronic part of the problem on the level of the Bethe-Salpeter equation and then dressed the resulting 2-particle excitonic quasiparticle with the exciton-phonon interactions using the cumulant ansatz. The viability of this methodology was tested by calculating the N K-edge XAS of the N2 molecule and the O K-edge of acetone. The resulting vibronic spectra agreed favorably with experimental results.Finally, we construct a hybrid formulation of the RIXS cross section that preserves explicit summation over a small number of final states, but replaces the summation over intermediate states, which might be enormously expensive, with a Green's function. We develop an expansion of the Green's function and derive both analytically exact (in the no-recoil limit) and approximate solutions. The formalism was again tested on the O K-edge of acetone and agrees well with the experiment. To provide an outlook towards future work, we discuss application of the developed formalism to crystalline materials
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Arnold, Christophe. "Émission de rayonnement infrarouge assistée par ondes de surface : émission thermique cohérente et électroluminescence." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2008. http://www.theses.fr/2008ECAP0047.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse a pour objet l'étude de l'émission de lumière assistée par les ondes de surface, plasmoniques sur tungstène et phononiques sur carbure de silicium. Nous nous sommes intéressés à l'émission thermique cohérente de réseaux lamellaires (1D) ainsi que de réseaux de plots (2D). L'excitation thermique des ondes de surface sur ces structures confère à ces sources une forte cohérence spatiale, ce qui se traduit par une émissivité importante et très directive. Nous avons mesuré des pics d'émissivité de 0. 9° de largeur sur un réseau en tungstène pour une longueur d'onde de 4 um. Nous avons étudié, théoriquement et expérimentalement, le rayonnement de ces structures dans tout l'espace libre, sans nous limiter aux plans perpendiculaires aux traits des réseaux. Nous montrons que les simples conditions de couplage des modes d'interface avec l'espace libre permettent de retrouver les profils d'émissivité de ces réseaux. Nous présentons des mesures sur un réseau 2D en SiC montrant un pic d'émissivité supérieur à 90%, très collimaté en polarisation TM, pour une longueur d'onde de 12 um. Nous montrons également une forte émissivité en polarisation TE, ce qui révèle un couplage efficace entre l'espace libre et les phonons de surface qui sont pourtants polarisés TM. Nous avons obtenu un accord quantitatif entre l'ensemble de nos mesures d'émissivité et nos calculs numériques. Nous avons également étudié théoriquement l'interaction des électrons excités dans un puits quantique en GaAs avec les phonons de surface. Après avoir quantifié les ondes de surfaces, nous avons calculé la durée de vie des électrons associée à l'émission de mode d'interface en utilisant l'opérateur  p̂. Nous obtenons des durées de vie de l'ordre de 10-12 s pour la transition par émission d'un phonon d'un électron se trouvant dans le bas de la deuxième bande d'un puits vers la bande 1. Nous en déduisons que les puits quantiques peuvent se révéler être de bon candidats pour l'émission d'onde de surface. Des travaux de recherche initiés par Lambe et McCarthy avaient montré que des dispositifs métal-oxyde-métal (MOM) émettaient de la lumière visible, le principe d'émission étant l'excitation de modes d'interface par injection de courant, qui sont ensuite diffractés par la rugosité ou par un réseau. Nous avons étudié une structure originale destinée à exciter des plasmons dans le domaine infrarouge au moyen d'électrons chauds dans InGaAs dans le but de la coupler avec l'espace libre par un réseau métallique optimisé. Le rayonnement non thermique s'avère inférieur à ce qu'il est pour les dispositifs MOM.
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Filali, Baba Mohammed. "Etude théorique de la vibration de la molécule CO chimisorbée sur du platine." Bordeaux 1, 1986. http://www.theses.fr/1986BOR10557.
Full textAbstract:
Etude du deplacement spectral et de l'elargissement de la raie ir de la vibration a 2143 cm⁻¹ de co, adsorbe sur pt, du fait des interactions electron-phonon et a l'aide de la theorie de brivio et grimley etendue a l'ensemble des orbitales sigma et pi liantes et antiliantes de co: il existe un transfert de charge de co vers pt et toutes les orbitales de valence participant au deplacement et a l'elargissement de la raie ir
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Rezzouk, Abdellah. "Etude de la transition de phase ferroélastique du cristal moléculaire de phénothiazine par spectroscopie infrarouge des excitons vibrationnels." Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2288.
Full textAbstract:
Ce travail utilise la spectroscopie infrarouge d'excitons vibrationnels dans un cristal moleculaire, la phenothiazine, pour etudier sa transition de phase structurale. On montre comment l'evolution, en fonction de la temperature, de la structure de multiplets de bande d'absorption infrarouge, constitue un procede d'etude simple des transitions de phase du second ordre, pour un cristal moleculaire. Le modele de l'exciton moleculaire de davydov est rappele, ainsi que la theorie de landau, qui predit que le parametre d'ordre (t) d'une transition de phase du second ordre doit suivre pour tout t < t#c la loi suivante: (t) = 0 (t#c-t)#b, avec b compris entre 0,25 et 0,5. Pour caracteriser la transition de phase orthorhombique monoclinique a t#c = 250 k nous avons choisi comme parametre d'ordre l'ecart en frequence entre deux niveaux excitoniques, et pour verifier la loi de landau, nous avons etudie l'evolution en fonction de la temperature et au voisinage du changement de phase, des bandes d'absorption infrarouge de la phenothiazine. En mesurant l'ecart en frequence des composantes excitoniques, en fonction de t < t#c, on a trouve pour b une valeur voisine de 0,45, conforme a la theorie de landau. Une interpretation du mecanisme de changement de phase est proposee a la lumiere des theories ci-dessus, en precisant la relation existante entre la contrainte de cisaillement e#5 = e#z#x du cristal et l'ecart v des frequences. On en deduit que cette contrainte a une variation de la forme (t#c-t)#b', avec b' de l'ordre de 0,22. En conclusion, la transition de phase de la phenothiazine a t#c = 250 k est une transition structurale du second ordre et qui possede un comportement ferroelastique impropre, le parametre d'ordre etant l'ecart en frequence des composantes excitoniques
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Cronenberger, Steeve. "Spectroscopie femtoseconde de semiconducteurs : Contribution à l'étude de la relaxation d'énergie et de la cohérence de spin excitonique." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2006. http://www.theses.fr/2006STR13246.
Full textAbstract:
La cohérence de spin excitonique est étudiée, dans une première partie, dans un échantillon de semi-conducteur massif par la technique du mélange à quatre ondes (FWM). Le couplage fort exciton-photon dans ce système mène à la formation de polaritons, quasi-particules mixtes exciton-photon, dont les propriétés mêlent les propriétés de la lumière et de la matière. Dans le CuCl, semi-conducteur I-VII, le biexciton, état lié de deux excitons, présente une forte énergie de liaison. Nous montrons qu'il est possible de créer et de sonder la cohérence de spin des excitons par une technique de FWM à trois faisceaux. En nous appuyant sur la modélisation des signaux de mélange d'onde nous montrons que la mesure ne souffre pas des forts effets de dispersion du milieu lorsque la cohérence est sondée par l'intermédiaire du biexciton. Nous trouvons que le temps de cohérence de spin égal le temps de relaxation de spin. L'énergie de photon des impulsions excitatrices est également choisie pour que les termes de corrélation exciton-exciton (amplitude de transition du biexciton) dominent les non-linéarités responsables des signaux de mélange d'onde. Nous mettons alors en évidence la génération de battements quantiques de polaritons induits par la formation du biexciton. Ces battements se révèlent être caractéristiques d'un système fortement corrélé. Dans une deuxième partie, nous nous attachons à l'étude de la relaxation d'énergie des paires électron-trou par émission de phonons optiques longitudinaux dans une structure contenant des boîtes quantiques de CdZnTe. La dynamique des répliques phonons d'une distribution de paire électron-trou photocréée est étudiée par des expériences pompe-sonde à deux couleurs et par photoluminescence résolue en temps (PL-RT). La dynamique aux temps longs (2ps<br>The exciton spin coherence is studied in bulk copper chloride by means of four-wave mixing (FWM) experiments. In this large band gap semiconductor, the strong exciton-photon coupling leads to the formation of polaritons, which are mixed exciton-photon quasi-particles, i. E. Elementary excitations showing mixed light and matter properties. In this I-VII semiconductor the two-exciton bound state, also called biexciton, has an important binding energy. We take advantage of this to show that it is possible to create and to probe an exciton spin coherence in a three beam FWM experiment. Calculations show that the measured spin coherence, probed through the biexciton formation, is not modified by the strongly dispersive properties of the medium. The photon energy of the pulses has to be chosen such that exciton-exciton correlations (biexciton amplitude transition) dominate the nonlinearities. When comparing FWM signal calculations to measured emission, we evidence polariton quantum beats induced by the biexciton formation. These beats are shown to be observable only in a strongly correlated system. In a second part, we present a study of the electron-hole pair energy relaxation by longitudinal-optical phonon emission in a CdZnTe nanostructure, which contains quantum dots. We study the phonon replicas of a photocreated electron-hole distribution and we measure its dynamics by two-colours pump-probe (PP) and time resolved photoluminescence experiments (TR-PL). The long-time dynamics (2ps
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Malingre, Maxime. "Diffusivité thermique dans les métaux : introduction du couplage électron-phonon dans les simulations atomistiques." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASP061.
Full textAbstract:
La rapidité de la diffusion thermique est une caractéristique essentielle dans les métaux. La possibilité de modéliser le transfert thermique par des simulations de Dynamique Moléculaire est étudiée. Bien qu'il soit possible de tenir compte des effets de la densité électronique, ce type de simulations ne tient habituellement pas compte de la dynamique des électrons libres, comme le préconise l'approximation de Born-Oppenheimer. Nous utilisons le modèle à deux températures (MDT), développé par Anisimov et al. [Anisimov et al., 1974] pour tenir compte du couplage électron-phonon lors des irradiations à haute énergie de matériaux. Les expériences de thermoréflectance recourant à l'irradiation laser de métaux [Hopkins et al., 2011] permettent de mesurer le couplage électron-phonon dans les métaux. Les résultats sont interprétés en utilisant le MDT. Dans ces expériences, le transfert d'énergie se produit sur des échelles de temps de l'ordre de la picoseconde, échelle de temps caractéristique des simulations de Dynamique Moléculaire. Cependant, puisque le couplage électron-phonon n'est pas pris en compte dans les simulations de Dynamique Moléculaire, il est en principe impossible de modéliser la thermoréflectance, et il en va de même pour les autres propriétés relatives au couplage électron-phonon comme la conductivité électrique ou la diffusion de chaleur. Toutefois, il est possible d'étendre la Dynamique Moléculaire en utilisant la Dynamique Moléculaire à Deux Températures (DM2T) proposée par Finnis, Agnew & Foreman [Finnis et al., 1991], originellement implémentée pour tenir compte du pouvoir d'arrêt électronique dans les irradiations aux ions. De cette manière, les résultats expérimentaux de thermoréflectance à température ambiante peuvent être reproduits quantitativement [Malingre et al., 2024], soulignant l'aptitude de la DM2T à reproduire précisément des échanges d'énergie entre les électrons et les vibrations atomiques du réseau cristallin. Une comparaison supplémentaire est effectuée entre la diffusion de chaleur d'un point chaud prédite par la DM2T [Finnis et al., 1991] et par diverses lois de transfert thermique (loi de Fourier, modèles hyperboliques) [Qiu et al., 1993 ; Sobolev, 2016] pour plusieurs métaux. Les résultats obtenus révèlent la limite de la DM2T et la nécessité de développements supplémentaires pour la prise en compte des électrons de conduction, et ils accentuent la possibilité en pratique d'introduire dans la Dynamique Moléculaire des comportements physiques qui caractérisent la dynamique des électrons dans les métaux pour un coût raisonnable en temps de calcul<br>The fast heat diffusion is one essential property of metals. The possibility of modeling thermal transfer through the simulation method of Molecular Dynamics is examined. Although it is possible to account for the effects of electron density, this type of simulation usually does not consider the dynamics of free electrons, as advocated by the Born-Oppenheimer approximation. We employ the two-temperature model (TTM), developed by Anisimov et al. [Anisimov et al., 1974], to account for electron-phonon coupling along high-energy material irradiations. Experimental thermoreflectance measurements involving femto-second laser irradiation of metals [Hopkins et al., 2011] can be used to measure the electron-phonon coupling strength in metals. The results are interpreted using the TTM. In these experiments, the energy transfer occurs at a time scale of pico-seconds, which corresponds to the typical time scale of Molecular Dynamics simulations. However, since electron-phonon coupling is not accounted for in Molecular Dynamics simulations, it is in principle impossible to model thermoreflectance, as well as other properties related to electron-phonon coupling such as electrical conductivity or heat diffusion. It is however possible to extend Molecular Dynamics by using Two-Temperature Molecular Dynamics (2TMD) proposed by Finnis, Agnew & Foreman [Finnis et al., 1991], originally implemented in order to account for electronic stopping power in particule irradiations. To this extent, experimental thermoreflectance results at room temperature can be quantitatively reproduced [Malingre et al., 2024], emphasising the ability of 2TMD to accurately reproduce energy exchanges between electrons and atomic lattice vibrations. An additional comparison is made between the heat diffusion of a thermal spike predicted by 2TMD [Finnis et al., 1991] and various heat transfer laws (Fourier's law, hyperbolic models) [Qiu et al., 1993 ; Sobolev, 2016] for several metals. The results obtained unravels the limits of 2TMD and the need for further developments to account for conduction electrons, as well as it emphasises the possibility in practice of introducing, at a reasonable computational cost, physical behaviours characterizing electron dynamics in metals into Molecular Dynamics simulations
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Becker, Cyrille. "Lasers à cascade quantique : étude physique et ingénierie de la structure quantique." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2002. http://www.theses.fr/2002EPXX0040.
Full text
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Levard, Hugo. "Ingénierie phononique pour les cellules solaires à porteurs chauds." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2015. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2015PA066013.pdf.
Full textAbstract:
Cette thèse traite des problématiques fondamentales liées aux phonons dans le cadre des cellules solaires à porteurs chauds. Ce concept appartient aux technologies photo-voltaïques dites de troisième génération, et vise à l’extraction des porteurs de chargesphotogénérés non-encore à l’équilibre thermique avec le réseau cristallin, conduisant àun rendement théorique maximum de l’ordre de la limite thermodynamique. Un des enjeuxmajeurs est ainsi le ralentissement du refroidissement des porteurs, refroidissement qui setraduit principalement par l’émission de phonon LO via l’interactions électron-phonon.En plus de l’idée d’écranter ce dernier processus, une approche consiste à concevoir unmatériau absorbeur dans lequel le phonon LO présente un temps de vie intrinsèque pluslong qu’il ne l’est dans les matériaux classiques, favorisant ainsi sa réabsorption par lesporteurs. Dans une première partie, et utilisant la théorie de la fonctionnelle densité per-turbée, la décoposition du phonon LO est étudiée en terme d'états finaux disponibles. Suit une discussion sur le calcul du temps de vie de ces phonons, et sur la possibilité d’atteindre les critères phononiques définis comme suffisants. Dans une deuxième partie, une étude de l’interaction électron-phonon est menée dans les super-réseaux. La constante de couplage est reliée au champ électriquemacroscopique induit par le phonon LO, de sorte à pourvoir précisément rendre compte deson anisotropie. Il apparaît que la dimensionalité des populations électroniques et phononiques est différemment affectée. Cette étude appelle à développer l’analyse de ce type de structure dans le cadre des cellules à porteurs chauds<br>This thesis deals with fundamental issues related to phonons in hot-carrier solar cells, athird generation photovoltaic technology. This concept aims at extracting photogeneratedcharge carriers before their reach a thermal equilibrium with the lattice, and exhibits a the-oretical efficiency close to thermodynamic limit. One of the main issue is to hinder carriercooling, which occurs through LO-phonon emission. In addition to the idea of screeningthe electron-phonon interaction, one approach consists in designing an absorber in which theLO-phonon has an intrinsic lifetime longer than what it is in conventional materials, en-hancing the rate of its reabsorption by the carriers. The LO-phonon decay and lifetimeis first investigated in semiconductors within density functional perturbation theory. Spe-cific criteria for relevant absorbing materials choosing, from a phonon point of view, arederived. A full study of the LO-phonon lifetime is performed on a singular material, andthe possibility to achieve the sufficient phononic requierements is discussed. Secondly, theabove-mentioned electron-phonon interaction is modelled in superlattices. The couplingstrength is related to the LO-phonon induced macroscopic electric field, which allows tostudy the directional dependence of the phonon emission. The latter reveals to differentlyaffect the dimensionality of the electronic and phononic interacting populations. Thisstudy calls for development of these structure in the framewok of hot-carrier solar cells
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Angelis, Nicolas de. "Caractérisation des centres de recombinaison non-radiatifs dans les semiconducteurs." Paris 6, 2000. http://www.theses.fr/2000PA066547.
Full textAbstract:
Les centres de recombinaison non radiatifs dans les semi-conducteurs sont des défauts ponctuels qui n'ont pas encore été étudiés en détail. On s'est, jusqu'à présent, contenté de mesurer la durée de vie associée sans pouvoir atteindre à la fois les caractéristiques de ces défauts : sections de capture des électrons et des trous énergie d'ionisation et concentration. De plus, on n'était pas capable de distinguer parmi tous les défauts détectés ceux qui jouent le rôle de centres de recombinaison. Le but de cette thèse est de développer un ensemble de techniques complémentaires permettant d'obtenir tous ces paramètres et, éventuellement, identifier ces centres. Les principales techniques que nous avons employées sont basées sur l'analyse de la caractéristique courant-tension d'une jonction sous lumière et dans l'obscurité, couplée à des mesures de transitoires de capacité. Les échantillons utilisés sont des cellules solaires Si, GaAs et GaInP car ce sont les meilleures jonctions semi-conductrices que l'on sache réaliser actuellement. Les centres de recombinaison que nous avons étudiés sont les centres natifs et ceux produits par irradiation électronique, l'irradiation étant un moyen simple d'introduire des défauts de façon contrôlée. L'intérêt principal de ce travail est d'avoir accès séparément aux sections de capture des électrons et des trous d'un centre donné et aux lois de variation de ceux-ci avec des grandeurs physiques telles que le champ électrique ou la température. On a aussi tente de comprendre le mécanisme de capture par interaction électron-phonon sur ces centres qui se révèle, en particulier, à travers la dépendance en température. L'application directe liée à cette étude a été la connaissance et la compréhension du comportement des cellules solaires dans l'espace.
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Zhang, Wenxing. "Études théoriques de l'effet de couplage électron-phonon sur les propriétés de transport dans les nanofils de silicium." Electronic Thesis or Diss., Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10016.
Full textAbstract:
La structure électronique, le spectre de phonons et les effets du couplage électron-phonon (e-p) sur les propriétés de transport de nanofils de Si (SiNW) ont été étudiés systématiquement sur la base de calculs en liaisons fortes et en champ de forces de valence. La structure électronique des nanofils dépend de leur orientation et de leur diamètre, changeant d’une bande interdite directe à indirecte. La largeur de bande interdite décroît et tend vers celle du Si massif quand le diamètre croît. Les spectres de phonons dépendent également de l’orientation et du diamètre. Ils présentent quatre modes acoustiques ce qui est typique des systèmes unidimensionnels. La mobilité et le temps de vie des électrons dans des nanofils orientés [110] ont été calculés. Les calculs confirment qu’à température ambiante les propriétés de transport dans les SiNWs dépendent fortement de la diffusion par les phonons, impliquant à la fois des modes acoustiques et optiques tous dérivant des modes acoustiques du Si massif. La mobilité augmente et tend vers celle du massif quand le diamètre augmente, et elle décroît quand la température passe de 77K à 300K. La relation entre la mobilité et la densité de porteurs est plus complexe. Pour des densités inférieures à 10 19 cm-3, la mobilité est pratiquement constante car elle ne dépend pas de la position du niveau de Fermi. Pour des densités supérieures, la mobilité dépend très fortement de la densité de porteurs car le niveau de Fermi est suffisamment haut pour croiser le minimum de bande de conduction et le transport multi-bandes devient important. Un autre travail entrepris dans la thèse a concerné la modélisation en liaisons fortes et en fonctions de Green hors équilibre du transport balistique dans des hétérojonctions de nanotubes de carbone (n1,m1)/(n2,m2)/(n1,m1). La conductance des jonctions semiconductrices décroît exponentiellement quand la longueur du nanotube (n2,m2) augmente. Cependant la conductance de (12,0)/(9,0)/(12,0) augmente avec la longueur du nanotube (9,0). Cet accroissement anormal de la conductance est expliqué par l’évolution du potentiel. De plus, la relation entre la conductance et la symétrie de rotation dans les jonctions métalliques est étudiée. Un comportement universel de conductance est démontré et est interprété par la différence de phase des électrons qui traversent deux interfaces de la jonction. Finalement, la conductance balistique de multi-jonctions est étudiée et la possibilité de réaliser des composants basés uniquement sur des nanotubes de carbone est proposée<br>In this thesis, the electronic structure, the phonon spectrum, and the electron-phonon (e-p) coupling effect in transport properties of Silicon Nanowires (SiNW) have been studied systematically based on Tight-Binding (TB) model and Valence-Force-Field (VFF) model. The electronic structure of SiNW is strongly dependent on the orientation and the diameter, even changing from direct gap to indirect gap, and the gap of SiNWs decreases and tends to the bulk value as the diameter increases. The phonon spectra are also dependent on the orientation and the diameter. It’s a character of nanowires that there are four acoustic phonon modes. Based on the calculation of both low field mobility and lifetime of electrons in SiNWs along [110], it’s confirmed that at room temperature the transport of carriers in SiNWs strongly depends on the phonon scattering, involving both optical phonons and acoustic phonons. The mobility increases and tends to the bulk value when the diameter increases. The mobility decreases in power law when the temperature increases from 77K to 300K. The relationship between the mobility and the density of carrier is more complicated. For low density of carrier (<10 19/cm3), the mobility is almost constant because it is approximately independent on the Fermi level at low concentration. For higher concentration, the mobility is strongly dependent on the density of carrier because the Fermi level is high enough to cross the conduction band edge (CBE) and multi-band transport becomes important. In a second study undertaken in this thesis, TB model and Nonequilibrium Green's Function (NEGF) are used to calculate the ballistic transport properties of carbon nanotube (CNT) heterojunctions (n1,m1)/(n2,m2)/(n1,m1). The conductance of semiconducting junctions decreases exponentially when the length of the middle CNT (n2,m2) increases. However, the conductance of (12,0)/(9,0)/(12,0) increases when the length of the CNT (9,0) increases. This anomalous increase of conductance is explained and reproduced very well by an exponentially dropped potential. Furthermore, the relationship between the conductance and the rotation symmetry in metallic jonctions is studied. The conductance spectra change periodically, and there are three different spectra at most for a special type of jonction. This universal behavior of conductance can be well understood by the phase difference of electrons, which travel through two interfaces of a junction. Finally, the ballistic conductance of multi-Iead junctions is studied and the possibility of making pure CNT electronic device is revealed
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Richler, Kevin-Davis. "Modélisation du couplage électron-vibration dans les cellules solaires organiques : une approche par champ moyen dynamique inhomogène." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY052.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous avons tout d’abord développé une théorie du champ moyen dynamique non homogène (I-DMFT) qui convient pour étudier les interactions électron- phonon dans des systèmes non invariants par translation. L’approche présentée, dont la seule hypothèse est celle d’une énergie propre locale dépendante du site, retrouve à la fois la solution exacte d’un électron pour un hamiltonien générique à liaisons fortes dans la limite de sans interaction et la solution DMFT pour le petit polaron dans les systèmes invariants par translation. Pour illustrer ses capacités, nous avons appliqué l’I-DMFT pour étudier la formation de polarons en présence d’impuretés isolées. Nous avons constaté que l’I- DMFT est plus précis que l’approximation de la moyenne inhomogène de la quantité de mouvement (IMA) et donne des résultats quantitatifs proches des calculs de Monte Carlo. Pour illustrer ses capacités numériques, nous utilisons ensuite l’I-DMFT pour étudier les effets des défauts intégrés sur une surface bidimensionnelle. Les cartes calculées de la densité locale d’états révèlent des oscillations de Friedel, dont la périodicité est déterminée par la masse du polaron. Ensuite, nous nous sommes concentrés sur le mécanisme de séparation interfacial électron-trou dans les systèmes prototypes de cellules solaires organiques. En utilisant l’I-DMFT, nous présentons une simulation entièrement quantique de la dynamique des porteurs de charge qui prend en compte les interactions électron-phonon, les désordres statiques et les champs électrostatiques. En particulier, ces simulations offrent la possibilité de calculer le taux d’injection de charge à l’interface donneur-accepteur, une quantité d’intérêt expérimental fondamental. Ceci constitue un premier pas vers un défi de longue date concernant le PVO, établissant ainsi un lien entre la chimie et la physique.Dans un premier temps, nous avons appliqué l’I-DMFT á un modèle générique unidimensionnel d’Hamiltonien, dont les paramètres modélisent la dynamique des porteurs de charge dans l’acide méthyl ester méthylique-C61 (PCBM) ou C60 systèmes accepteurs. Nos résultats montrent que les potentiels dynamiques (liés à la formation de polarons), comparés aux potentiels statiques aléatoires, peuvent présenter le principal mécanisme de perte préjudiciable dans les dispositifs PVO. Dans cette perspective, les molécules organiques avec des ́energies de r ́eorganisation mod ́er ́ees devraient ˆetre utilis ́ees pr ́ef ́erentiellement dans les matériaux de nouvelle génération, car l’augmentation de l’interaction électron-phonon entrave la gamme des énergies d’électrons entrantes appropriées en raison de la fragmentation de la densité d’états locale en sous-bandes polaroniques étroites. Enfin, nous avons appliqué l’I-DMFT à un hamiltonien modèle générique en trois dimensions, dont les paramètres modélisent les champs électrostatiques des charges dans les systèmes PCBM en trois dimensions et les systèmes accepteurs C60. Ces champs présentent un pic important sur une interphase étroite issue de la présence de petites molécules de fullerènes dans le matériau donneur. Nous montrons ensuite que de tels champs, lorsqu’ils sont suffisamment importants et correctement polarisés, peuvent exercer une influence positive sur l’efficacité de la séparation des charges à travers des interfaces organiques. Dans cette perspective, les matériaux présentant des champs électrostatiques et mésoéchelle forts et correctement polarisés doivent être sondés lors de la conception de dispositifs PVO de nouvelle génération, car ces champs étendent la gamme des énergies d’électrons entrantes appropriées et augmentent le rendement quantique. Globalement, la mise en œuvre numérique facile de l’I-DMFT et son application dans le traitement de la dynamique des porteurs de charge dans des systèmes donneur-accepteur tridimensionnels permettent d’étudier avec précision des problèmes auparavant difficiles d’accès<br>In this thesis, we have developed an inhomogeneous dynamical mean-field theory (I-DMFT) that is suitable to investigate electron-phonon interactions in non-translationally invariant and/or inhomogeneous systems. The presented approach, whose only assumption is that of a local, site-dependent self-energy, recovers both the exact solution of an electron for a generic random tight-binding Hamiltonian in the non-interacting limit and the DMFT solution for the small polaron problem in translationally invariant systems. To illustrate its full apabilities, we have applied I-DMFT to study polaron formation in the presence of isolated impurities, where we have found that I-DMFT is more accurate than the inhomogeneous momentum average approximation (IMA) and gives quantitative accurate results when compared to the approximation free diagrammatic Monte Carlo calculations. We then use I-DMFT to study the effect of defects embedded on a two-dimensional surface. The computed maps of the local density of states reveal Friedel oscillations, whose periodicity is determined by the polaron mass. This can be of direct relevance for the interpretation of scanning-tunneling microscopy (STM) experiments on systems with sizable electron-lattice interactions. Next, we have focused on the interfacial electron-hole separation mechanism in prototypical organic photovoltaic donor-acceptor systems. Using I-DMFT, we present a fully quantum dynamical simulation of the charge carrier dynamics that considers the interplay of electron-vibration interactions, static-disorder, and electrostatic fields. In particular, these simulations provide the possibility to compute the charge injection rate at the donor-acceptor interface, a quantity of fundamental experimental interest, presenting one first step forward to a long-standing cumbersome challenge in OPV, thereby bridging between chemistry and physics. As a first step, we have applied the I-DMFT to a generic one-dimensional model Hamiltonian, whose parameters model the charge carrier dynamics in prototypical Phenyl- C61-butyric acid methyl ester (PCBM) or C60 acceptor systems. Our results show that dynamic potentials (related to polaron formation), when compared to random static po- tentials, can present the main detrimental lose mechanism in OPVs devices. From this perspective, organic molecules with moderate reorganization energies should be used pref- erentially in next-generation materials since increasing the electron-phonon interaction hinders the range of suitable incoming electron energies due to the fragmentation of the local density of states into narrow polaronic sub-bands. As a final step, we have applied the I-DMFT to a generic three-dimensional model Hamiltonian, whose parameters model charge splitting force fields at three-dimensional PCBM and C60 acceptor systems. These fields are sharply peaked over a narrow interphase stemming from the protrusion of small fullerene molecules into the donor domain. We then show that such fields, when dimensioned sufficiently and poled correctly, can provide an uplifting influence on the charge separation efficiency across organic interfaces. From this perspective, materials that present sufficiently and correctly poled strong electrostatic, mesoscale fields should be probed in the design of next-generation OPV devices since such fields extend the range of suitable incoming electron energies and increase the quantum yield. Overall, the easy numerical implementation of I-DMFT and its successful application in treating the charge carrier dynamics at prototypical three-dimensional donor-acceptor systems allows one to study accurately and without further difficulties problems that were previously difficult to access
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Guillon, Cyril. "Spectroscopie femtoseconde de structures métalliques, bimétalliques et de verres de silice à l'échelle nanométrique." Bordeaux 1, 2004. http://www.theses.fr/2004BOR12830.
Full text
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Zhang, Wenxing. "Études théoriques de l'effet de couplage électron-phonon sur les propriétés de transport dans les nanofils de silicium." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10016/document.
Full textAbstract:
La structure électronique, le spectre de phonons et les effets du couplage électron-phonon (e-p) sur les propriétés de transport de nanofils de Si (SiNW) ont été étudiés systématiquement sur la base de calculs en liaisons fortes et en champ de forces de valence. La structure électronique des nanofils dépend de leur orientation et de leur diamètre, changeant d’une bande interdite directe à indirecte. La largeur de bande interdite décroît et tend vers celle du Si massif quand le diamètre croît. Les spectres de phonons dépendent également de l’orientation et du diamètre. Ils présentent quatre modes acoustiques ce qui est typique des systèmes unidimensionnels. La mobilité et le temps de vie des électrons dans des nanofils orientés [110] ont été calculés. Les calculs confirment qu’à température ambiante les propriétés de transport dans les SiNWs dépendent fortement de la diffusion par les phonons, impliquant à la fois des modes acoustiques et optiques tous dérivant des modes acoustiques du Si massif. La mobilité augmente et tend vers celle du massif quand le diamètre augmente, et elle décroît quand la température passe de 77K à 300K. La relation entre la mobilité et la densité de porteurs est plus complexe. Pour des densités inférieures à 10 19 cm-3, la mobilité est pratiquement constante car elle ne dépend pas de la position du niveau de Fermi. Pour des densités supérieures, la mobilité dépend très fortement de la densité de porteurs car le niveau de Fermi est suffisamment haut pour croiser le minimum de bande de conduction et le transport multi-bandes devient important. Un autre travail entrepris dans la thèse a concerné la modélisation en liaisons fortes et en fonctions de Green hors équilibre du transport balistique dans des hétérojonctions de nanotubes de carbone (n1,m1)/(n2,m2)/(n1,m1). La conductance des jonctions semiconductrices décroît exponentiellement quand la longueur du nanotube (n2,m2) augmente. Cependant la conductance de (12,0)/(9,0)/(12,0) augmente avec la longueur du nanotube (9,0). Cet accroissement anormal de la conductance est expliqué par l’évolution du potentiel. De plus, la relation entre la conductance et la symétrie de rotation dans les jonctions métalliques est étudiée. Un comportement universel de conductance est démontré et est interprété par la différence de phase des électrons qui traversent deux interfaces de la jonction. Finalement, la conductance balistique de multi-jonctions est étudiée et la possibilité de réaliser des composants basés uniquement sur des nanotubes de carbone est proposée<br>In this thesis, the electronic structure, the phonon spectrum, and the electron-phonon (e-p) coupling effect in transport properties of Silicon Nanowires (SiNW) have been studied systematically based on Tight-Binding (TB) model and Valence-Force-Field (VFF) model. The electronic structure of SiNW is strongly dependent on the orientation and the diameter, even changing from direct gap to indirect gap, and the gap of SiNWs decreases and tends to the bulk value as the diameter increases. The phonon spectra are also dependent on the orientation and the diameter. It’s a character of nanowires that there are four acoustic phonon modes. Based on the calculation of both low field mobility and lifetime of electrons in SiNWs along [110], it’s confirmed that at room temperature the transport of carriers in SiNWs strongly depends on the phonon scattering, involving both optical phonons and acoustic phonons. The mobility increases and tends to the bulk value when the diameter increases. The mobility decreases in power law when the temperature increases from 77K to 300K. The relationship between the mobility and the density of carrier is more complicated. For low density of carrier (<10 19/cm3), the mobility is almost constant because it is approximately independent on the Fermi level at low concentration. For higher concentration, the mobility is strongly dependent on the density of carrier because the Fermi level is high enough to cross the conduction band edge (CBE) and multi-band transport becomes important. In a second study undertaken in this thesis, TB model and Nonequilibrium Green's Function (NEGF) are used to calculate the ballistic transport properties of carbon nanotube (CNT) heterojunctions (n1,m1)/(n2,m2)/(n1,m1). The conductance of semiconducting junctions decreases exponentially when the length of the middle CNT (n2,m2) increases. However, the conductance of (12,0)/(9,0)/(12,0) increases when the length of the CNT (9,0) increases. This anomalous increase of conductance is explained and reproduced very well by an exponentially dropped potential. Furthermore, the relationship between the conductance and the rotation symmetry in metallic jonctions is studied. The conductance spectra change periodically, and there are three different spectra at most for a special type of jonction. This universal behavior of conductance can be well understood by the phase difference of electrons, which travel through two interfaces of a junction. Finally, the ballistic conductance of multi-Iead junctions is studied and the possibility of making pure CNT electronic device is revealed
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Levard, Hugo. "Ingénierie phononique pour les cellules solaires à porteurs chauds." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066013/document.
Full textAbstract:
Cette thèse traite des problématiques fondamentales liées aux phonons dans le cadre des cellules solaires à porteurs chauds. Ce concept appartient aux technologies photo-voltaïques dites de troisième génération, et vise à l’extraction des porteurs de chargesphotogénérés non-encore à l’équilibre thermique avec le réseau cristallin, conduisant àun rendement théorique maximum de l’ordre de la limite thermodynamique. Un des enjeuxmajeurs est ainsi le ralentissement du refroidissement des porteurs, refroidissement qui setraduit principalement par l’émission de phonon LO via l’interactions électron-phonon.En plus de l’idée d’écranter ce dernier processus, une approche consiste à concevoir unmatériau absorbeur dans lequel le phonon LO présente un temps de vie intrinsèque pluslong qu’il ne l’est dans les matériaux classiques, favorisant ainsi sa réabsorption par lesporteurs. Dans une première partie, et utilisant la théorie de la fonctionnelle densité per-turbée, la décoposition du phonon LO est étudiée en terme d'états finaux disponibles. Suit une discussion sur le calcul du temps de vie de ces phonons, et sur la possibilité d’atteindre les critères phononiques définis comme suffisants. Dans une deuxième partie, une étude de l’interaction électron-phonon est menée dans les super-réseaux. La constante de couplage est reliée au champ électriquemacroscopique induit par le phonon LO, de sorte à pourvoir précisément rendre compte deson anisotropie. Il apparaît que la dimensionalité des populations électroniques et phononiques est différemment affectée. Cette étude appelle à développer l’analyse de ce type de structure dans le cadre des cellules à porteurs chauds<br>This thesis deals with fundamental issues related to phonons in hot-carrier solar cells, athird generation photovoltaic technology. This concept aims at extracting photogeneratedcharge carriers before their reach a thermal equilibrium with the lattice, and exhibits a the-oretical efficiency close to thermodynamic limit. One of the main issue is to hinder carriercooling, which occurs through LO-phonon emission. In addition to the idea of screeningthe electron-phonon interaction, one approach consists in designing an absorber in which theLO-phonon has an intrinsic lifetime longer than what it is in conventional materials, en-hancing the rate of its reabsorption by the carriers. The LO-phonon decay and lifetimeis first investigated in semiconductors within density functional perturbation theory. Spe-cific criteria for relevant absorbing materials choosing, from a phonon point of view, arederived. A full study of the LO-phonon lifetime is performed on a singular material, andthe possibility to achieve the sufficient phononic requierements is discussed. Secondly, theabove-mentioned electron-phonon interaction is modelled in superlattices. The couplingstrength is related to the LO-phonon induced macroscopic electric field, which allows tostudy the directional dependence of the phonon emission. The latter reveals to differentlyaffect the dimensionality of the electronic and phononic interacting populations. Thisstudy calls for development of these structure in the framewok of hot-carrier solar cells
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Liu, Jiaji. "Lattice, magnetic excitations and their coupling in multiferroic materials." Paris 7, 2013. http://www.theses.fr/2013PA077078.
Full textAbstract:
Les multiferroïques présentent la rare propriété de posséder simultanément un ordre magnétique et un ordre ferroélectrique qui interagissent via le couplage magnétoélectrique. Les caractéristiques des multiferroïques font ressortir de nouveaux phénomènes physiques et offrent des possibilités de nouvelles fonctions de l'appareil. BiFeO3 et RMnO3 hexagonaux sont deux multiferroïques selon la plupart des enquêtes. Dans ce travail, nous avons étudié les excitations de spin et réseau dans les RMnO3 hexagonaux (R = Yb, Y, Ho) et BiFeO3 films sur des substrats différents. Nos mesures de RMnO3 hexagonaux indiquent le couplage des excitations de phonons et des ondes de spin. En outre, les résultats montrent clairement que le R-Mn et l'interaction R-R interplan au long de l'axe c sont importants pour la structure magnétique de la h-RMnO3. Dans le BiFeO3 film, nous avons observé qu'une grande contrainte épitaxiale peut détruire la modulation cycloïdale et les non colinéaires commandes sont stables à faible contrainte. Une phase de mélange de deux ordres magnétiques est également détectée dans le BiFeO3 film. Dans l'état faible contrainte, un spin cycloïdal nouveau avec un vecteur d'onde de propagation le long de [110] est prédit et observé expérimentalement. Nos résultats ont des implications profondes pour la mise en oeuvre de BiFeO3 films dans les appareils magnonic et spintronique<br>Multiferroic materials present the rare properties that simultaneously exist magnetic and ferroelectric orders and interaction between them. These features in mutliferroics bring out novel physical phenomena and offer possibilities for new device functions. BiFeO3 and hexagonal RMnO3 are two most investigated multiferroics. In this work, we have studied the lattice and spin excitations in hexagonal RMnO3 single crystals (R=Yb, Y, Ho) and BiFe03thin films on different substrates. Our measurements of hexagonal RMnO3 single crystals indicate the coupling of lattice and spin excitations. Moreover, the results clearly show the R-Mn and R-R interplane interaction along c-axis also play an important role in the magnetic structure of h-RMn03. In the case of BiFe03thin films, we have observed that high epitaxial strain can destroy the bulk-like cycloidal modulation and non-collinear orders are stable at low strain. A mixture phase of both magnetic orders is also detected in BiFe03thin films. In the lower¬strain state, a new cycloidal spin structure with a propagation wavevector along [110] is predicted and experimentally observed. Our findings have profound implications for the implementation of BiFeO3 films in magnonic and spintronic devices. Lndeed, our Raman scattering measurements reveal that strain can completely quench high energy magnon modes, offerin exciting possibilities for BiFe03-based magnonic devices
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Da, silva Antonio. "Theoretical determination of optical properties for sapphire doped with titanium from its microscopy and analysis of its capabilities for laser without population inversion." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLX075/document.
Full textAbstract:
Cet exposé est scindé en deux grandes parties. Dans la première, nous estimons des constantes photo-physiques du saphir dopé au titane à partir d'un modèle analytique simple exploitant une théorie de Huang-Rhys pour la détermination du profil spectral des bandes simples et une hypothèse réaliste de superposition de ces dernières. Nous déterminons une formule pour l'indice de réfraction total du Ti:saphir en fonction de la concentration de dopant. Dans une seconde partie, nous évaluons, selon la vérification d'un concept, la capacité de laser sana inversion de populations pour un cristal dopé possédant une basse symétrie. Nous appuyons notre démonstration en établissant une condition de seuil généralisée d'effet laser. Ce concept pourrait être une rupture technologique dans le domaine des grands cristaux dopés et n'a pas encore été investigué par la communauté<br>This presentation is split into two main parts. In the first, we estimate photo-physical constants of titanium doped sapphire from a simple analytical model using a Huang-Rhys theory for the determination of the spectral profile of simple bands and from a realistic hypothesis of superposition of the latter. We define a formula for the total refractive index of Ti:sapphire as a function of dopant concentration. In a second part, we evaluate, according to the verification of a concept, the laser capability without population inversion for a doped crystal with low symmetry. We support our demonstration by establishing a generalized laser threshold condition. This concept would be a technological breakthrough in the field of large doped crystals and has not yet been investigated by the community
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Carosella, Francesca. "Étude théorique des phénomènes de transport électronique dans les puits quantiques AlGaN/GaN." Lille 1, 2005. http://www.theses.fr/2005LIL10125.
Full textAbstract:
Les hétérostructures AlGaN/GaN ont la particularité de supporter à leur interface des puits quantiques, dont la densité électronique peut atteindre des valeurs aussi élevées que 10 ^13 cm-2 sans dopage volontaire. Ils offrent ainsi la possibilité de fabriquer des composants électroniques de puissance ainsi que des composants hyperfréquences, dans la mesure où leur qualité cristalline permet également aux porteurs de charge d'avoir une bonne mobilité. Nous nous sommes intéressés à l'étude théorique des mécanismes de diffusion présents dans ces matériaux, de façon à identifier la nature des défauts responsables des faibles valeurs de mobilité mesurées sur des échantillons obtenus dans l'état de l'art de la croissance épitaxiale. Nous avons, avant tout, montré par des calculs auto-cohérents, que ces puits quantiques étaient caractérisés par la présence de plusieurs sous-bandes notablement peuplées, ce qui nous a ensuite amené à devoir établir une méthode de résolution de l'équation de Boltzmann, permettant de tenir compte de la possibilité de transitions interbandes, et à devoir établir un formalisme permettant de calculer la réponse diélectrique de ces systèmes multi sous bandes, nécessaire à la détermination des potentiels diffuseurs écrantés<br>Nous avons ensuite abordé l'étude des mécanismes de diffusion intrinsèques, en établissant pour ces systèmes bidimensionnels le potentiel diffuseur associé aux pseudo particules hybrides, résultant de l'interaction entre les phonons optiques et les plasmons. Fort de cette base, qui a permis pour la première fois le calcul de la mobilité théorique maximum, nous avons pu enfin aborder l'étude des centres diffuseurs extrinsèques les plus déterminants Nous avons démontré qu'ils étaient liés à la présence de dislocations ainsi qu'à la qualité des interfaces présentant des rugosités (ou des fluctuations) liées aussi bien à leur structure géométrique qu'à la répartition hétérogène des charges d'interface La comparaison de nos résultats théoriques avec différents résultats expérimentaux a permis de démontrer que les dislocations introduisent des niveaux extrinsèques légers situés à environ 110 meV sous la bande de conduction de GaN et que leur potentiel détermine en grande partie la mobilité des échantillons contenant de faibles valeurs de densité de porteurs, alors que les mécanismes de rugosité, caractérisés par le biais d'un paramètre de corrélation, sont responsables de la chute des valeurs de mobilité dans le domaine des hautes densités de porteurs libres. Ces résultats devraient permettre d'affiner les méthodes de croissance cristalline selon le domaine de densité de porteurs qui sera choisi pour la réalisation des composants
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Maurel, Philippe. "Interactions électrons-phonoms intra-moléculaires dans les systèmes unidimensionnels quart-remplis." Toulouse 3, 2002. http://www.theses.fr/2002TOU30019.
Full text
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Dib, Elias. "Interaction électron-phonon dans le cadre du formalisme des fonctions de Green hors-équilibre : application à la modélisation de transistors MOS de type p." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4357.
Full textAbstract:
Depuis que les dimensions des nano-dispositifs ont atteint l’échelle nanométrique, la simulation quantique est devenue incontournable dans le domaine de la nanoélectronique. Parmi les différents phénomènes physiques, l’interaction électron-phonon représente un processus majeur limitant la mobilité des porteurs de charge à température ambiante. En combinant la théorie multibandes k.p avec le formalisme quantique des fonctions de Green hors-équilibre, nous avons étudié et comparé deux types de dispositifs double-grille dopés p: le transistor MOS «conventionnel» et celui dit «sans jonction». L’influence de l’orientation cristalline, du matériau semi-conducteur, de la longueur de grille et de l’épaisseur du substrat a été étudiée afin d’optimiser les performances de ces dispositifs aux dimensions ultimes. D’un point de vue plus fondamental, l’interaction avec les phonons est habituellement implémentée à partir de l’approche auto-cohérente de Born (SCBA). Nous avons exploré la validité des approches non auto-cohérentes numériquement moins coûteuse qui conservent le courant : Lowest Order Approximation (LOA). Une comparaison entre SCBA, LOA et son prolongement analytique (LOA+AC) en modèle multi-bande a été menée<br>Device simulation has attracted large interest since the dimensions of electronic devices reached the nanoscale. Among the new physical phenomena observed we focus on interaction-induced effects. Particular emphasis is placed on electron-phonon interactions as it is one of the most important carrier mobility-limiting mechanisms in nanodevices. Using the k.p multiband theory combined with the Non-Equilibrium Green's Function formalism, we model 2 types of double-gate devices: p-type MOSFETs and junctionless p-type MOSFETs. The 2D architecture of the double-gate device enables us to investigate the influence of confinement in one direction, infinite propagation in the other direction and connection to semi-infinite reservoirs in the last one. Different crystallographic orientation, channel materials, gate lengths and channel widths are investigated. From a fundamental point of view, phonon scattering is usually implement via the so-called Self-Consistent Born Approximation (SCBA°. We explore the validity of a one shot current conserving method based on the Lowest Order Approximation (LOA). A comparison between SCBA, LOA and its analytic continuation (LOA+AC) in multiband models is discussed
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Dulong, Jean-Luc. "Etude de la fonction diélectrique infrarouge de métaux nobles à haute température, par réflectométrie différentielle." Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066397.
Full textAbstract:
Conception et mise au point d'un appareil permettant de mesurer la différence de réflectivité entre un échantillon chauffé jusqu'à 600°C et un échantillon à température ambiante dans un domaine spectral allant de 1,5 à 10 microns. Etude des interactions électron-phonon et électron-électron dans l'argent et le cuivre à partir de leurs propriétés optiques dans l'infrarouge. Influence des défauts de volume et de surface. Détermination de l'indice complexe de couches minces peu absorbantes, dans l'infrarouge.
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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.
Full textAbstract:
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<br>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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Salhani, Chloé. "Exploring thermoelectricity and electronic transport of molecular layers." Thesis, Université de Paris (2019-....), 2020. http://www.theses.fr/2020UNIP7013.
Full textAbstract:
Les progrès de la science des matériaux depuis les années 70 se sont engagés dans une course constante à la miniaturisation. Aux échelles où les effets quantiques dominent la physique en jeu, l'électronique moléculaire a été considérée comme un domaine d'étude prometteur, proposant d'exploiter la physique quantique pour atteindre la fonctionnalité souhaitée d'un dispositif moléculaire. Dans cette thèse, j'étudie les propriétés électroniques et thermoélectriques des jonctions moléculaires à l'état solide à grande surface, des dispositifs composés de couches moléculaires robustes et greffées par covalence formées de plusieurs chaînes moléculaires contenant plusieurs unités moléculaires en série, contactées par des électrodes métalliques. Une première partie de cette thèse consiste en l'étude des interactions inélastiques el-ph dans des couches d'anthraquinone (AQ). La molécule AQ présente des effets d'interférence quantique (QI), provoquant une extinction de la fonction de transmission (et donc de la conductance) près du point de polarisation nulle et améliorant ainsi la visibilité des effets inélastiques (interactions el-ph). La spectroscopie IETS est réalisée sur ces couches et permet d'identifier les modes vibratoires connus de la molécule AQ. Une deuxième partie de ces travaux concerne les propriétés thermoélectriques de couches moléculaires similaires (composés de couches moléculaires d’AQ, de BTB et de NB). Les défis d'ingénierie sont relevés avec le développement d'une nouvelle géométrie d'échantillon utilisant un alliage à couche mince AuGe comme élément chauffant thermomètre, pour permettre d'établir un gradient de température contrôlé à travers l'épaisseur de la couche moléculaire (~ 15 nm). Enfin, j'explore la présence d'un potentiel thermoélectrique développé à travers la couche moléculaire. Une troisième et dernière partie de cette thèse explore une nouvelle géométrie pour les jonctions moléculaires de grande surface. Au lieu d'une approche ascendante, des nanotrenches sont utilisées pour fabriquer des jonctions moléculaires dans le plan dans une géométrie conçue pour permettre l'intégration de la porte à un stade ultérieur. Je présente la fabrication de ces nanotranches en utilisant une méthode de masque de bord d'ombre, et leur caractérisation avant et après greffe moléculaire. Les nanotranches greffées AQ révèlent des signatures de transport typiques des jonctions moléculaires qui sont comparées au comportement de la fabrication planaire plus standard<br>Progress in material science over the past half-century has been engaged in a constant race towards miniaturization. At the scales where quantum effects dominate the physics at play, molecular electronics has been considered a promising field of study, proposing to exploit quantum physics to achieve the desired functionality of a molecular device. In this thesis, I investigate electronic and thermoelectric properties of large-area solid-state molecular junctions, devices constructed of robust and covalently-grafted molecular layers formed by multiple molecular chains containing several molecular units in series contacted between metallic electrodes. A first part of this thesis concerns the investigation of inelastic el-ph interactions in layers of anthraquinone (AQ). The AQ molecule exhibits quantum interference (QI) effects, causing an extinction of the transmission function (and thus the conductance) near the zero-bias point and thus enhancing the visibility of inelastic effects (el-ph interactions). IETS spectroscopy is performed on these layers and allows to identify known vibrational modes of the AQ molecule. A second part of this work investigates the thermoelectric properties of similar molecular layers (using AQ, BTB and NB molecules). Engineering challenges are met with the development of a new sample geometry using an AuGe thin-film alloy as a heater-thermometer element, to enable establishing a controlled temperature gradient across the thickness of the molecular layer (~15nm). Finally, I explore the presence of a thermoelectric potential developed across the molecular layer. A third and final part of this thesis explores a new geometry for large area molecular junctions. Instead of a bottom-up approach, nanotrenches are used to fabricate in-plane molecular junctions in a geometry designed to allow gate integration at a later stage. I present the fabrication of these nanotrenches using a shadow-edge mask method, and their characterization before and after molecular grafting. AQ-grafted nanotrenches reveal typical transport signatures of molecular junctions that are compared to the behavior of the more standard planar fabrication
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Giret, Yvelin. "Étude ab initio de la dynamique des phonons cohérents dans le bismuth." Rennes 1, 2009. http://www.theses.fr/2009REN1S174.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse est consacré à l’étude ab initio de la dynamique des phonons optiques cohérents dans le bismuth. Dans un premier temps, nous avons effectué une étude ab initio des propriétés à l’équi- libre des semi-métaux du groupe V (arsenic, antimoine et bismuth). Nous avons montré que les calculs basés sur l’approximation de la densité locale (LDA) permettent de reproduire correctement les propriétés structurales, électroniques et vibrationnelles de ces composés. Nous avons calculé la dynamique des phonons cohérents dans l’hypothèse où les élec- trons relaxent très rapidement par rapport aux temps caractéristiques des vibrations ato- miques, permettant ainsi de caractériser la distribution électronique hors-équilibre par une température électronique largement supérieure à celle du réseau. Cette approche nous a permis de corroborer d’une part le scénario de l’excitation displacive (DECP) dans le cas du bismuth et de l’antimoine, et de reproduire qualitativement les baisses de fréquence et les augmentations d’amplitude avec la densité d’excitation observées dans les expériences pompe-sonde. Nous avons couplé les résultats de nos calculs ab initio avec un modèle à deux tem- pératures afin d’effectuer une comparaison quantitative avec les spectres de diffraction X résolue en temps. Nous avons ainsi pu identifier le rˆole essentiel de la diffusion de la chaleur au sein du système électronique, et montrer qu’un modèle à entropie électronique quasi- constante est le plus adapté pour la description du phonon cohérent de symétrie A1g dans le bismuth photoexcité<br>This thesis is devoted to the ab initio study of the coherent optical phonon dynamics in bismuth. As a first step, we have performed an ab initio study on equilibrium properties of group-V semimetals (arsenic, antimony, bismuth). By this approach, we have shown that calculations based on local density approximation (LDA) correctly reproduce structural, electronic, and vibrational properties of these compounds. We calculated the dynamics of coherent phonons in the hypothesis that photoexcited electrons relax very quickly compared to characteristic time of atomic vibrations, allowing us to describe the out-of-equilibrium electronic distribution by an electronic temperature much higher than the lattice one. This approach allows us to corroborate the displacive scenario (DECP) for bismuth and antimony, and to qualitatively reproduce the decrease of the frequency and the increase of the amplitude observed in pump-probe experiments. We coupled our ab initio calculations with a two temperatures model in order to make a quantitative comparison with time resolved X-ray diffraction experiments. Thereby, we have pointed out the important role played by the electronic heat diffusion, and shown that a quasi-constant electronic entropy model is the most relevant to describe the dynamics of A1g coherent phonon in photoexcited bismuth
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Koeniguer, Cédric. "Transport électronique dans les détecteurs à cascade quantique." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00491605.
Full textAbstract:
Les détecteurs infrarouge à puits quantiques photovoltaïques sont des capteurs intéressants pour des applications où les flux de photons à détecter sont faibles, car ils permettent de s'affranchir du courant d'obscurité. Le premier chapitre de cette thèse présente l'évolution des ces détecteurs au travers d'un comparatif des caractéristiques, permettant de comprendre pourquoi le détecteur à cascade quantique (QCD) est un dispositif intéressant pour la détection infrarouge. Le second chapitre propose un modèle de transport électronique valable proche de l'équilibre thermodynamique, dans lequel nous considérons que seules les interactions électrons/phonons peuvent transférer les électrons d'une sous-bande d'énergie vers une autre. L'introduction de quasi-niveaux de Fermi, associés à chaque période du dispositif permet de donner une approche globale plus simple de ces transferts. On montre ainsi que la densité de courant, qui se déduit de manière générale en comptabilisant les échanges électroniques entre les sous-bandes, est analogue à celle d'une diode Schottky, permettant de donner une expression simple de la résistivité, qui est alors interprétée comme une relation d'Einstein. Le modèle est ensuite confronté aux résultats expérimentaux. Enfin, un dernier chapitre présente un échantillon QCD détectant à 5.7 µm, qui est dans un premier temps caractérisé optiquement et électriquement. Le modèle précédent lui est appliqué afin donner une première approche de l'influence des différents paramètres. Cette comparaison permet de mettre en évidence quelques limites liées aux hypothèses simplificatrices du modèle.
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Mizrahi, Simon. "Dynamique ultrarapide dans les boites quantiques." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2024. http://www.theses.fr/2024IPPAE006.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l’étude fondamentale et les applications optoélectroniques des boîtes quantiques colloïdales de calcogénide de mercure, avec une prépondérance pour le tellurure de mercure (HgTe). Celui-ci possède grâce au confinement quantique des porteurs, d’incroyables propriétés optiques lui permettant de modifier sa bande interdite et de couvrir l’intégralité du spectre infrarouge. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes focalisés sur une gamme comprise entre 2 et 4 microns, qui présente un grand intérêt pour les instruments de guidage mais aussi la détection de certains polluants. Cette étude a principalement été réalisée par l’utilisation de lasers femtosecondes, dans le cadre de la réalisation d’expériences de spectroscopie pompe-sonde. Cette technique a permit la caractérisation des propriétés électroniques des porteurs qui sont indispensable au développement et à la réalisation de sources lumineuses ainsi que de photodétecteurs. En effet, les données expérimentales obtenues dans le cadre de cette thèse ont abouti à la réalisation de la première LED électroluminescente centrée à 2 microns ainsi que d’un photodétecteur centré à 4 microns et dont la température de fonctionnement a pu atteindre 200 K, à l’opposé des 80 K des photodétecteurs moyen infrarouge commerciaux. Pour finir, cette étude présente aussi le comportement du HgTe et du bismuth monocristallin en fonction de la température. Ce dernier nous ayant servi d’étalon pour cette partie de la thèse<br>This thesis focuses on the fundamental study and the optoelectronic applications of colloidal quantum dots of mercury calcogenide, with a preponderance for mercury telluride (HgTe). Thanks to the quantum confinement of the carriers, HgTe has incredible optical properties allowing it to modify its band gap and cover the entire infrared spectrum. In this thesis, we focused on a range between 2 and 4 microns, which is of great interest for guidance instruments but also for the detection of certain pollutants. This study was mainly carried out using femtosecond lasers, in the context of pump-probe spectroscopy experiments. This technique allowed the characterization of the electronic properties of the carriers that are essential to the development and realization of light sources and photodetectors. Indeed, the experimental data obtained in the framework of this thesis led to the realization of the first light-emitting LED centered at 2 microns as well as a photodetector centered at 4 microns and whose operating temperature could reach 200 K, unlike the 80 K of commercial mid-infrared photodetectors. Finally, this study also presents the behaviour of HgTe and monocrystalline bismuth as a function of temperature. The latter served as a standard sample for this part of the thesis
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Bonno, Olivier. "Simulation Monte Carlo du transport quantique dans les composants nanométriques : application à l'étude de lasers à cascade quantique térahertz." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009033.
Full textAbstract:
Les sources appelées lasers à cascade quantique (LCQ) présentent des potentialités très intéressantes pour l'émission aux fréquences térahertz. Ce travail vise à mieux comprendre les phénomènes physiques à l'origine du transport quantique dans les LCQ. Dans ce but, nous avons utilisé la simulation Monte Carlo. Le mémoire est divisé en trois parties. Dans une première partie, nous présentons les sources optoélectroniques émettant dans l'infrarouge. Nous précisons le formalisme de l'équation Maîtresse pour modéliser le transport quantique dans ces dispositifs. La deuxième partie est consacrée à la description du modèle en insistant particulièrement sur la modélisation de l'interaction électron-électron. Dans la troisième partie, nous examinons des LCQ émettant dans l'infrarouge lointain. Il ressort de nos études que l'interaction électron-électron joue un rôle prépondérant à ces fréquences. Nous envisageons ensuite deux voies afin de diminuer la fréquence jusqu'à 1 THz.
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Lakehal, Massil. "Out of Equilibrium Lattice Dynamics in Pump Probe Setups." Thesis, Université de Paris (2019-....), 2020. http://www.theses.fr/2020UNIP7039.
Full textAbstract:
L'étude de la dynamique hors équilibre des systèmes fortement corrélés, à l'aide de laser femtoseconde, a révélé une variété de phénomènes sans analogue en physique d'équilibre. Dans cette thèse, nous étudions théoriquement la dynamique hors équilibre des degrés de liberté du réseau et leur signature en spectroscopie pompe-sonde. Nous développons une description microscopique des phonons cohérents displacive excité par le laser. La théorie capture la rétroaction de l'excitation des phonons sur le fluide électronique, qui manque dans la formulation phénoménologique actuelle. Nous montrons que cette rétroaction conduit à une oscillation avec une fréquence qui dépend du temps aux temps courts, même si le mouvement des phonons est harmonique. Pour les temps longs, cette rétroaction apparaît comme une phase résiduelle dans le signal oscillatoire. Nous appliquons la théorie au BaFe2As2, nous expliquons l'origine de la phase du signal oscillatoire rapporté dans des expériences récentes, et nous prédisons que le système oscille avec une fréquence décalé vers le rouge pour les grandes fluences. Notre théorie ouvre également la possibilité d'extraire des informations d'équilibre à partir la dynamique des phonons cohérents. Un autre phénomène intéressant qui a été observé en spectroscopie pompe-sonde est l'oscillation des fluctuations du réseau au double de la fréquence d’un phonon du système étudié. Ces oscillations sont interprétées comme une signature d'états de phonons squeezé macroscopique. Dans ce travail, nous identifions d'autres mécanismes d'oscillations à une fréquence double autre que le squeezing. Nous montrons qu'un quench de la température du bain thermique induite par la pompe, à laquelle le phonon est couplé, ou l'excitation d'un phonon cohérent pour lequel l'anharmonicité cubique est permise par symétrie peut également produire de telles oscillations en spectroscopie sans que le phonon soit dans un état squeezé. Nous concluons que, contrairement à ce qui est communément admis, les oscillations à double fréquence phononique en spectroscopie de bruit ne sont pas nécessairement une signature des phonons squeezés. Nous soulignons ce qui peut être un critère fiable pour identifier un phonon squeezé en utilisant la spectroscopie pompe-sonde<br>The study of the out of equilibrium dynamics of strongly correlated systems, using ultrafast pulses, uncovered a plethora of phenomena with no analog in equilibrium physics. In this thesis, we theoretically investigate the out of equilibrium dynamics of the lattice degrees of freedom and their signature in pump-probe spectroscopy. We develop a Hamiltonian-based microscopic description of laser pump induced displacive coherent phonons. The theory captures the feedback of the phonon excitation upon the electronic fluid, which is missing in the state-of-the-art phenomenological formulation. We show that this feedback leads to chirping at short timescales, even if the phonon motion is harmonic. At long times, this feedback appears as a finite phase in the oscillatory signal. We apply the theory to BaFe2As2, explain the origin of the phase in the oscillatory signal reported in recent experiments, and we predict that the system will exhibit redshifted chirping at larger fluence. Our theory also opens the possibility to extract equilibrium information from coherent phonon dynamics. Another interesting phenomenon that have been reported in pump-probe spectroscopy is the oscillation of the lattice fluctuations at double phonon frequency. These oscillations are invariably interpreted as a signature of macroscopic squeezed phonon states. In this work, we identify other mechanisms of double phonon frequency oscillations that do not involve squeezing. We show that a pump induced temperature quench of the bath, to which the phonon is coupled to, or exciting a coherent phonon for which cubic anharmonicity is allowed by symmetry can also produce such oscillations in noise spectroscopy without squeezing the phonon state. We conclude that, in contrast with what is commonly believed, double phonon frequency oscillations in noise spectroscopy are not necessarily a signature of macroscopic phonon squeezing. We point out what can be a reliable criterion to identify a squeezed phonon using pump-probe spectroscopy
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Poinsotte, Fanny. "Son et matière nanostructurée : diffusion Raman et acoustique picoseconde." Toulouse 3, 2006. http://www.theses.fr/2006TOU30157.
Full textAbstract:
Les interactions entre les phonons acoustiques et les autres excitations élémentaires de la matière joue un rôle capital dans le comportement des systèmes structurés à l'échelle nanométrique. L'originalité de cette contribution réside dans l'utilisation conjointe de deux techniques expérimentales différentes permettant de sonder ces interactions, l'une dans le domaine fréquentiel, s'appuyant sur l'étude de la diffusion Raman basses fréquences par les phonons acoustiques, l'autre dans le domaine temporel, l'acoustique picoseconde. Nous nous sommes intéressés à des systèmes variés présentant des effets de confinement électronique et/ou acoustique (Bqs, membranes libres, systèmes types SOIs). Ces études nous ont permis de mettre en évidence en particulier : - la génération efficace de phonons acoustiques dans des BQs semiconductrices - le rôle déterminant des effets de cavité optique et acoustique dans la diffusion inélastique de la lumière dans de fines couches de silicium<br>Electron-acoustic phonon interaction is a crucial issue in nanophysics, as it determines the properties of many nanostructured devices. In this contribution, two different experimental techniques were originally used to probe phonon-carrier interactions. Raman scattering by acoustical phonons provides a picture of the structure and interactions in reciprocal space. Ultrafast time-resolved pump-probe experiment allows one to investigate acoustic wave propagation and interactions in real space. By comparing systematically experiments and simulations, a thorough and sound understanding of the coupling mechanisms has been achieved. Several systems displaying electronic and/or acoustical confinement were investigated (quantum dots, free standing membranes, SOIs). In particular, it was shown that : semiconductor quantum dots display very effective acoustic phonon generation optical and acoustical cavity effects have to be considered in the inelastic light scattering from thin silicon layers
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Rebière, Yvon. "Analyse des émissions secondaires d'un cristal isotopique mixte et de leurs corrélations à la diffusion excitonique dans un système tridimensionnel." Bordeaux 1, 1985. http://www.theses.fr/1985BOR10516.
Full textAbstract:
Etude d'un crystal de naphtalene mixte faiblement dope, a 1,6k excite selectivement a son premier etat electronique singulet. Analyse des transitions secondaires resonnantes et relaxee, mise en evidence des mecanismes de dephasage et de transport d'excitations moleculaires. Interpretation par la presence d'amas
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Burgin, Julien. "Etude femtoseconde de la dynamique électronique et vibrationnelle de nano-objets métalliques et de l'ordre local dans les verres." Bordeaux 1, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR13419.
Full textAbstract:
Ce travail a porté sur l'étude de la dynamique électronique et vibrationnelle de nano-objets métalliquesen fonction de leur taille, forme et composition, ainsi que sur celle des modes de vibration dans les verres, par des techniques optiques résolues en temps à l'échelle femtoseconde. Dans des agrégats mono-métalliques de cuivre, nous avons confirmé l'accélération des échanges d'énergie électrons-réseau pour des tailles inférieures à 10 nm. Nous avons abordé le régime des faibles tailles, inférieures à 2 nm, et mis en évidence les limites d'une modélisation de type solide confiné. Dans les agrégats bi-métalliques nous avons montré que la cinétique des échanges d'énergie reflète la composition pour les composés or-argent mais est plus complexe pour des nanoparticules ségrégées nickel-argent. L'impact de la forme, de la structure et de l'environnement de nano-objets métalliques sur leurs modes de vibration acoustiques a été étudié dans différentes configurations. Les mesures réalisées sur un ensemble et des paires de nano-prismes ont permis de mettre en évidence les fluctuations locales de leur couplage avec le substrat. L'effet de la nano-structuration a été mis en évidence dans des nano-colonnes et dans des composés ségrégés. Par ailleurs, nous avons étudié par spectroscopie Raman impulsionnelle femtoseconde les modes vibrationnels associés à une structuration locale dans les verres. Nous avons ainsi caractérisé les "modes de défaut" dus aux vibrations de structure en anneau dans la silice, et leur évolution en fonction de sa densité. Dans l'oxyde de germanium, nous avons démontré l'existence et caractérisé un mode de vibration dû à la présence d'une structure en anneau.
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Dubard, Jimmy. "Étude de la dynamique des porteurs dans les semi-conducteurs III-V sous excitations optiques." Paris 11, 1986. http://www.theses.fr/1986PA112246.
Full textAbstract:
L'objet de cette thèse est l'étude de la dynamique des porteurs photoexcités dans les semiconducteurs III-V et plus particulièrement les couches épitaxiées GaAs et les multipuits quantiques GaAs-AlGaAs. La technique utilisée est la saturation d'absorption qui traduit le remplissage de bande par ces porteurs. Les outils utilisés sont des sources laser picoseconde et femtoseconde. Les résultats montrent une forte dépendance des phénomènes avec la température du réseau. Sur une échelle d temps de 100ps l'évolution de la saturation de l'absorption à température ambiante est lente alors qu'à 15K le retour à l'absorption bande à bande initiale est pratiquement complet 30ps après l'impulsion de pompe. Ceci est confirmé par la mesure de la durée de vie des porteurs que nous avons déduite des courbes de transmission, et qui est de l'ordre de 10ps à basse température. Ce temps très court ne peut s'expliquer que par l'émission stimulée de photons se propageant dans le plan des couches où la longueur d'interaction est la plus importante. La mise en évidence de ce processus a été faite en observant la luminescence émise par la tranche de l'échantillon, celui-ci étant excité près d'un bord. Une analyse temporelle montre la présence de plusieurs pics d'intensité de courte durée espacés du temps d'un aller-retour de la lumière d'un bord à l'autre de l'échantillon. L'étude spectrale a révélé une dépendance de la forme de la raie avec la taille de la zone excitée. Le modèle que nous proposons, basé sur une distribution thermalisée des porteurs, tient compte de ce mécanisme de recombinaison radiative stimulée, qui entre en competition avec les mécanismes habituels de relaxation de l'énergie comme l'émission de phonons ou la recombinaison spontanée<br>The subject of this thesis is the study of photoexcited carrier dynamics in III-V semiconductors, particularly in GaAs epitaxial layers and multi quantum wells GaAs-AlGaAs. The technique used is the absorption saturation due to band-filling by carriers. The experimental tools are picosecond and femtosecond lasers. The results show a strong dependance of the phenomena with lattice temperature. On a time scale of 100psec, the evolution of the absorption saturation at room temperature was slow while at 15K the absorption recovery takes place 30psec after the pump pulse. This is confirmed by the carrier life time of about 10psec deduced from the transmission curves at low temperature. This short time could be explained by stimulated photon emission in the plane of the layers. It is along this direction that the interaction length is greatest. To confirm this process we observed the luminescence emitted by the edge of a sample excited near this edge. A temporal analysis show several short intensity spikes separated by the time light takes to make a round-trip in the sample. The spectral study revealed a dependence of the line shape with the excited zone size. The model proposed, based on a thermalyzed carrier distribution, accounts for this stimulated radiative recombination mechanism which competes with the usual mechanisms of energy relaxetion like phonon emission or spontaneous recombination
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Celeste, Alain. "Etude sous champ magnétique intense du transport vertical dans les hétérojonctions à semiconducteurs III-V." Toulouse, INSA, 1990. http://www.theses.fr/1990ISAT0013.
Full textAbstract:
La quantification des etats electroniques par un champ magnetique intense est utilisee pour mettre en evidence la presence de zones locales d'accumulation de charges d'espace dans les diodes a double barriere a effet tunnel resonnant, et pour en mesurer la densite. Ces mesures permettent de decrire la distribution de la chute de potentiel dans l'ensemble de la structure. Cette quantification permet aussi d'effectuer une spectroscopie des processus de diffusion intervenant lors des transitions par effet tunnel, et permet d'identifier la nature et les modes de phonon intervenant dans les processus de collision inelastiques. L'etude systematique de deux structures quasiment identiques, ne differant l'une de l'autre que par la hauteur energetique de l'une des barrieres, permet de mettre en evidence un effet de taille de la barriere sur le couplage des electrons aux differents modes de phonon presents dans la structure. La nature sequentielle du transport dans les diodes a double barriere est mise en evidence. Enfin, l'etude de l'evolution sous champ magnetique des caracteristiques courant-tension de superreseaux specifiques, permet de confirmer que la dynamique particuliere des electrons acceleres dans la minibande du superreseau, est a l'origine des zones de saturation et de resistance differentielle negative apparaissant dans ces caracteristiques
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Verzelen, Olivier. "Interaction électron-phonon LO dans les boîtes quantiques d'InAs/GaAs." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066365.
Full text
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Drachenko, Oleksiy. "Resonance Magnetophonon Inter Sous-Bandes dans les Structures Unipolaires à Cascades Quantiques." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00008037.
Full textAbstract:
Cette thèse aborde la problématique de la durée de vie des électrons dans des puits quantiques unipolaires soumis à un fort champ magnétique selon l'axe de confinement. Plus particulièrement, le blocage de l'émission de phonons optiques longitudinaux en régime de confinement des électrons à 0-dimension est clairement démontré par la mise en évidence d'oscillations quantiques de la durée de vie. Cet effet est baptisé « résonance magnétophonon inter sous-bandes ». Le blocage de l'émission de phonons LO a été détecté sur la mesure de l'intensité de lasers à cascades quantiques GaAs/GaAlAs, émettant dans le moyen infra rouge autour de 10 µm, soumis à un champ balayé jusqu'à 60T. Le champ magnétique confine les électrons sur des orbites cyclotron, et transforme la dispersion quadratique de l'énergie des sous-bandes en niveaux de Landau discrets. Les oscillations de magnétophonons ont été également trouvées sur la magnétorésistance de la structure. La résonance magnétophonon inter sous-bande réalise une spectroscopie directe des modes de phonons pertinents pour la relaxation inter sous-bande. Entre autres, une contribution des modes de phonon LO de AlAs a été observée tandis que l'intervention attendue de modes confinés n'est pas apparue. La durée de vie inter sous-bandes en fonction du champ magnétique, obtenue par une méthode proposée, est comparée aux prévisions récentes d'un modèle de couplage fort électron-phonon (magnéto polarons). En conclusion, ces travaux ont dégagé des résultats et un nouvel outil performant de spectroscopie de phonons et de diagnostic des interactions électron-phonon dans un système à zéro dimension, analogue à un système de boites quantiques.
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Berthe, Maxime. "Electronic transport in quantum confined systems." Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2007/50376-2007-Berthe.pdf.
Full textAbstract:
Depuis l'avènement des nanotechnologies, une grande quantité de matériaux sont façonnés à l'échelle du nanomètre par des techniques diverses et l'intégration de ces nanostructures demande une caractérisation de leur structure électronique. La microscopie à effet tunnel est adaptée à ces études car elle permet l'adressage de nanostructures uniques pour mesurer leur structure électronique. Nous rapportons ici l'étude du transport électronique dans deux types de nanostructures: des nanotubes de carbone simple paroi déposés sur une surface d'or et des atomes uniques de silicium sur un substrat de silicium. Dans la première étude, le couplage faible entre un nanotube et le substrat permet d'accéder à la densité d'états unidimensionnelle des nanotubes et autorise la formation de défauts ponctuels, ayant des états localisés dans la bande interdite des nanotubes. Cette modification, réversible, de la structure atomique des nanotubes de carbone amène des opportunités concernant la modification controlée et à volonté de leurs propriétés électroniques. La deuxième étude vise à caractériser la dynamique des porteurs dans une liaison pendante de silicium énergétiquement isolée de tout autre état électronique sur une surface Si(111). L'analyse du transport révèle un courant inélastique mettant en oeuvre la recombinaison non radiative des électrons de la pointe avec des trous capturés par l'état de la liaison pendante, grâce à l'émission de vibrations. La spectroscopie à effet tunnel montre de plus que l'on peut caractériser l'efficacité de capture d'un état quantique unique, en connaissant son niveau d'énergie, sa fonction d'onde, sa section de capture et le couplage électron-phonon.
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Allard, Adrien. "Étude ab initio des phonons du graphène sur substrats métalliques." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10174/document.
Full textAbstract:
La synthèse du graphène reste une étape problématique mais la technique par dépôt de vapeur chimique sur les métaux a beaucoup progressé ces trois dernières années, c'est-à-dire depuis que l'on sait qu'il est possible de retirer sans le dénaturer le graphène de son support métallique. Cette étape de transfert appelle à l'étude de la force d'interaction qui a lieu entre graphène et métal. L'influence de cette liaison graphène-métal sur la structure électronique a déjà été largement étudiée et nous proposons plutôt ici de nous pencher sur la dispersion des phonons. Celle du graphène isolé est d'ailleurs remarquable pour les deux grandes anomalies de Kohn (KA) qu'elle présente sur sa branche de plus haute fréquence aux points de haute symétrie Gamma et K. La pente de la dispersion autour de ces KA est une mesure directe du couplage électron-phonon (EPC) entre ces modes de phonons et les électrons des points de Dirac. Nous avons montré que cet EPC, qui a par exemple beaucoup d'influence sur la mobilité électronique ou sur le processus de résonnance Raman, est fortement altéré suite à l'interaction avec certains substrats métalliques. Lors de notre étude ab initio du graphène sur nickel(111), nous avons en effet observé une disaparition complète des anomalies de Kohn. Ceci est dû à la forte hybridation entre les bandes pi du graphène et les bandes d du nickel. La spéctroscopie Raman et la diffraction électronique à basse énergie sont des moyens efficaces et courants pour caractériser le graphène sur les substrats métalliques. Nos résultats montrent comment tirer de ces mesures davantage d'informations concernant le caractère physisorbé ou chimisorbé du graphène sur le métal<br>The fabrication of high quality large-area graphene films is one of the biggest problem. Recently, the synthesis by chemical vapor deposition of hydrocarbons over a metallic substrate have shown promising results. To manage as well as possible the transfer process of the graphene layer in an insulator, it is important to know the interaction strength between the graphene layer and the metallic substrate. We propose in this paper to calculate the phonon dispersion of an adsorbed graphene. The phonon dispersion of graphene is known to display two strong Kohn Anomalies (kinks) in the highest optical branch (HOB) at the high-symmetry points Gamma and K. The phonon slope around the Kohn anomalies is related to the electron-phonon-coupling (EPC) with the graphene pi bands. We show that this EPC, which has strong impact, for example, on Raman scattering and electron transport, can be strongly modified due to interaction with a metallic substrate. For graphene grown on a Ni(111) surface, our ab initio calculations show a total suppression of the Kohn anomaly ; the HOB around Gamma and K becomes completely flat. This is due to the strong hybridization of the graphene pi-bands with the nickel d-bands that lifts the linear crossing of the pi bands at K. Raman spectroscopy and low-energy electron diffraction are quick and reliable methods to characterize graphene on metallic substrates. Our results show how to obtain additional information, by means of vibrational and photoemission spectroscopy, on the chemisorption or physisorption of graphene layers on metal surfaces
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Berthe, M. "Transport électronique dans les systèmes quantiques confinés." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00343378.
Full textAbstract:
Depuis l'avènement des nanotechnologies, une grande quantité de matériaux sont façonnés à l'échelle du nanomètre par des techniques diverses et l'intégration de ces nanostructures demande une caractérisation de leur structure électronique. La microscopie à effet tunnel est adaptée à ces études car elle permet l'adressage de nanostructures uniques pour mesurer leur structure électronique. <br>Nous rapportons ici l'étude du transport électronique dans deux types de nanostructures: des nanotubes de carbone simple paroi déposés sur une surface d'or et des atomes uniques de silicium sur un substrat de silicium. <br>Dans la première étude, le couplage faible entre un nanotube et le substrat permet d'accéder à la densité d'états unidimensionnelle des nanotubes et autorise la formation de défauts ponctuels, ayant des états localisés dans la bande interdite des nanotubes. Cette modification, réversible, de la structure atomique des nanotubes de carbone amène des opportunités concernant la modification controlée et à volonté de leurs propriétés électroniques. <br>La deuxième étude vise à caractériser la dynamique des porteurs dans une liaison pendante de silicium énergétiquement isolée de tout autre état électronique sur une surface Si(111). L'analyse du transport révèle un courant inélastique mettant en oeuvre la recombinaison non radiative des électrons de la pointe avec des trous capturés par l'état de la liaison pendante, grâce à l'émission de vibrations. La spectroscopie à effet tunnel montre de plus que l'on peut caractériser l'efficacité de capture d'un état quantique unique, en connaissant son niveau d'énergie, sa fonction d'onde, sa section de capture et le couplage électron-phonon.
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Devos, Arnaud. "Interaction électron-phonon dans une famille de cristaux moléculaires : conséquences possibles pour leur supraconductivité." Lille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LIL10176.
Full textAbstract:
La découverte d'une transition supraconductrice a relativement haute température (18 k puis 40 k) dans les composés de fullerenes dopés aux alcalins (a#3c#6#0 ou a est un atome alcalin) en 1991, constitue une étape marquante dans l'histoire de la supraconductivité moleculaire. Un modele de type bcs revele un fort couplage des electrons aux modes de phonons intramoleculaires. Ce mecanisme est aujourd'hui reconnu comme etant le mieux adapte a la description de cette supraconductivite. Prenant cette description theorique comme point de depart, nous examinons les changements que pourrait introduire le remplacement de la molecule de c#6#0 par une autre, qui devient par la meme un pseudo-fullerene. La premiere substitution concerne une molecule de type cryptant, baptisee ihic, qui presente un grand nombre de proprietes communes avec le fullerene. Nous calculons donc les paramètres du modèle bcs dans un cristal dope de ihic et montrons que ce remplacement pourrait s'accompagner d'une amélioration de la température critique de transition. Nous appliquons ensuite la même démarche à une famille de molécules aromatiques. Pour chacune d'elles, nous calculons le couplage électron-phonon intramoléculaire (v). De ces résultats, nous extrayons quelques grandes règles qui regissent cette quantite cle de la supraconductivite des cristaux moleculaires dopes<br>Ainsi, nous etablissons que v varie comme l'inverse du nombre d'atomes mis en jeu dans les etats. La comparaison de molecules planes et courbees nous devoile un autre effet nettement plus faible, traduisant l'augmentation du couplage electron-phonon induite par la courbure de la molécule. Enfin, nous avons montré que le remplacement d'atomes de carbone par des atomes d'azote n'entraine aucune variation sensible du couplage électron-phonon. Ces règles nous permettent de donner quelques directions potentielles pour la recherche d'un pseudo-fullerene dont les cristaux dopés pourraient être supraconducteurs avec une température de transition la plus élevée possible
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Ftouni, Hossein. "Transport thermique dans des membranes très minces de SiN amorphe." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00995424.
Full textAbstract:
Afin de comprendre les mécanismes de transport de la chaleur dans des films très minces des matériaux amorphes, nous avons proposé et démontré expérimentalement une nouvelle technique de mesure des propriétés thermiques de membranes très minces. Cette technique consiste à coupler la méthode 3 oméga avec la géométrie Völklein (membrane suspendue allongée). L'échantillon d'intérêt est alors monté dans un pont de Wheatstone spécifique afin d'éliminer le signal électrique 1 oméga. Cette technique permet de mesurer avec une très haute sensibilité le signal thermique 3 oméga et donc les propriétés thermiques des membranes. Le nitrure de silicium étudié dans ce travail constitue un matériau amorphe typique. Nous avons été intéressés par l'étude du transport thermique dans un tel système de dimensions réduites en fonction de la température et du stress intrinsèque qui présente dans les films. Afin d'atteindre cet objectif, les membranes de nitrure de silicium de stress élevé et de faible niveau de stress ont été mesurées respectivement pour une épaisseur de 50 nm et 100 nm. Le comportement global de la conductivité thermique mesurée est une croissance quand la température augmente, une tendance généralement constaté pour un matériau amorphe. Le data de membrane de 50 nm présente une conductivité thermique inférieure à celle du 100 nm, ce qui est en accord avec l'effet des dimensions réduites. La chaleur spécifique mesurée s'écarte sensiblement de la loi en T3 de Debye. Cela est particulièrement important en dessous de 100 K où la chaleur spécifique est plus élevé que celle prévue par la modèle Debye. Ces résultats expérimentaux sont en excellent accord avec les prévisions d'un model théorique qui tient en compte de l'effet TLS (Two Level System) qui présente dans le matériaux amorphe. Il a été montré expérimentalement que le stress n'a pas d'effet sur la chaleur spécifique de nitrure de silicium. De plus, nous avons démontré que le stress n'affecte pas la dissipation dans nitrure de silicium, et la dissipation par dilution semble être la cause de la réduction de la dissipation. Par conséquent, le stress ne devrait pas affecter la conductivité thermique du nitrure de silicium, ce qui est cohérent avec les résultats expérimentaux. En terme d'application de la méthode 3 oméga-Völklein, nous avons démontré que la membrane de SiN peut être utilisée comme capteur thermique spécifique pour caractériser un autre matériau déposée sur la face arrière de la membrane. Nous avons testé ce modèle pour mesurer les propriétés thermiques d'un film de 200 nm de Bi2Te3. Les résultats obtenus sont en excellent accord avec la littérature. Comme le SiN est un matériau isolant, ce modèle est capable de mesurer des films très minces quelle que soit sa nature, isolant, semi conducteur ou métallique.
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Froehlicher, Guillaume. "Optical spectroscopy of two-dimensional materials : graphene, transition metal dichalcogenides and van der Waals heterostructures." Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAE033/document.
Full textAbstract:
Au cours de ce projet, nous avons utilisé la microspectroscopie Raman et de photoluminescence pour étudier des matériaux bidimensionnels (graphène et dichalcogénures de métaux de transition) et des hétérostructures de van der Waals. Tout d’abord, à l’aide de transistors de graphène munis d’une grille électrochimique, nous montrons que la spectroscopie Raman est un outil extrêmement performant pour caractériser précisément des échantillons de graphène. Puis, nous explorons l’évolution des propriétés physiques de N couches de dichalcogénures de métaux de transition semi-conducteurs, en particulier de ditellurure de molybdène (MoTe2) et de diséléniure de molybdène (MoSe2). Dans ces structures lamellaires, nous observons la séparation de Davydov des phonons optiques au centre de la première zone de Brillouin, que nous décrivons à l’aide d’un modèle de chaîne linéaire. Enfin, nous présentons une étude toute optique du transfert de charge et d’énergie dans des hétérostructures de van der Waals constituées de monocouches de graphène et de MoSe2. Ce travail de thèse met en évidence la riche photophysique de ces matériaux atomiquement fins et leur potentiel en vue de la réalisation de nouveaux dispositifs optoélectroniques<br>In this project, we have used micro-Raman and micro-photoluminescence spectroscopy to study two-dimensional materials (graphene and transition metal dichalcogenides) and van der Waals heterostructures. First, using electrochemically-gated graphene transistors, we show that Raman spectroscopy is an extremely sensitive tool for advanced characteri-zations of graphene samples. Then, we investigate the evolution of the physical properties of N-layer semiconducting transition metal dichalcogenides, in particular molybdenum ditelluride (MoTe2) and molybdenum diselenide (MoSe2). In these layered structures, theDavydov splitting of zone-center optical phonons is observed and remarkably well described by a ‘textbook’ force constant model. We then describe an all-optical study of interlayer charge and energy transfer in van der Waals heterostructures made of graphene and MoSe2 monolayers. This work sheds light on the very rich photophysics of these atomically thin two-dimensional materials and on their potential in view of optoelectronic applications
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Coudert, Stéphane. "Modélisation de la dynamique électron-photon-phonon dans des nano-structures métalliques confinantes." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0044.
Full textAbstract:
Nous présentons un travail théorique en forte adéquation avec des résultats d’expériences qui a pour but de mieux comprendre la nature des processus de génération et de relaxation ultrarapides de porteurs chauds dans les métaux. Nous avons développé un code basé sur la résolution de l’équation de Boltzmann pour les électrons et les phonons, qui prend en compte,la diffusion des électrons par les phonons et l’absorption de photons assistée par phonons. Nous montrons l’importance des processus de diffusion Umklapp dans les processus d’absorption tant via les collisions électron-électron que les collisions électron-phonon. La non linéarité du signal de thermoréflectance avec l’énergie déposée nous permet de relier de manière quantitative les signaux de thermoréflectance à la modélisation. À l’aide d’une approche de type Pn, nous résolvons numériquement l’équation de Boltzmann à une dimension spatiale pour les électrons, ce qui nous permet de traiter le transport ultra-rapide sur des dimensions spatiales allant du régime balistique ( 10 nm) à des dimensions de plusieurs centaines de nanomètres tout en mettant en évidence l’effet des porteurs chauds photo-induits sur la dynamique du transport ultrarapide. Ce travail de modélisation nous permet de modéliser les résultats expérimentaux obtenus au LOMA ainsi que des résultats expérimentaux de la littérature<br>In the present work, we present a theoretical study aiming at understanding ultra-fast generation, elaxation and transport processes of hot carriers in metals. We have developed a numerical code solving the Boltzmann equation for both phonons and electrons which enables to model these ultrafast out of equilibrium processes. The importance of Umklapp processes in absorption mechanisms for electron-electron and electron-phonon scattering is shown. By using the Rosei model, experimental observable are extracted from microscopic calculations as the thermoreflectance signal. Numerical results are compared to experimental data. In general a good agreement is obtained. By coupling the present approach to experimental data, absolute thermoreflectance measurements can be carried out. Finally, Boltzmann equation for electrons with one spatial dimensions and three dimensions in momentum space is numerically solved. This enables to model ultrafast transport from ballistic spatial ( 10 nm) and temporal time scale ( 10 fs), beyond Fourier transport where the temperature is no longer defined, to macrocopic scales. The importance of describing the ultrafast transport of hot carriers is highlighted. The numerical predictions have been compared successfully with experimental results obtained in LOMA and in the litterature
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Valentin, Audrey. "Modélisation de l'effet tunnel à un électron dans les dispositifs à nanocristaux semiconducteurs : effet tunnel à un électron assisté par phonon." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00350414.
Full textAbstract:
Dans le cadre d'une étude sur les dispositifs à nanocristaux (NC) de silicium, tels que les mémoires flash à nanocristaux et le transistor à un électron, ce travail de thèse a pour objectif de modéliser avec précision le transport d'électrons par effet tunnel entre deux nanocristaux ; cela impose de tenir compte de l'élargissement des niveaux d'énergie électronique dans les NC induit par le couplage entre les électrons et les phonons. Les modes de vibration des NC de silicium de tailles variables ont dans un premier temps été calculés en utilisant l'Adiabatic Bond Charge Model (ABCM). Les résultats obtenus présentent une très bonne concordance avec les spectres Raman expérimentaux. Les densités d'états (DOS) des nanocristaux de grande taille ont été comparées avec la DOS du silicium massif. Il apparaît que les DOS sont globalement très proches, excepté dans des gammes de fréquences spécifiques où des modes de surface, inexistants dans le cristal massif, ont été identifiés. L'interaction électron-phonon a alors été prise en compte par un calcul de fonctions spectrales. Les fréquences d'interaction électron-phonon obtenues sont très grandes par rapport aux fréquences de transfert tunnel : l'interaction avec les phonons suffit donc à garantir un transport séquentiel. Le transfert tunnel d'un nanocristal à l'autre a été modélisé grâce à ces fonctions spectrales. Le courant à travers un dispositif comprenant deux nanocristaux a été calculé. L'étude de l'influence des différents paramètres sur ce courant à travers le dispositif montre une évolution conforme aux résultats attendus.
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Habinshuti, Justin. "Du nanocristal de PbSe à l’hétéro-nanostructure PbSe/CdSe : synthèse chimique et caractérisation des propriétés physiques." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10012/document.
Full textAbstract:
Depuis les années 80, les nanocristaux (NCs) semi-conducteurs sont devenus très attractifs à cause d’énormes potentiels qu’ils représentent en termes d’applications technologiques. En effet, lorsque les dimensions d’un matériau deviennent inférieures ou comparables à la dimension caractéristique (rayon de Bohr) des porteurs de charges, les effets de confinement quantique conduisent à l’apparition de nouvelles propriétés physico-chimiques qui dépendent de la taille, la forme... Les NCs de chalcogénures de plomb possèdent des constantes diélectriques élevées et sont des matériaux de choix pour étudier les effets de confinement sur les propriétés des NCs dans le régime de confinement fort. Dans la première partie de cette thèse, les résultats obtenus sur la synthèse des NCs de PbSe et de PbSe/CdSe sont présentés. De taille très mono disperse et possédant une structure cristalline parfaite, ces NCs ont été synthétisés par voie colloïdale. Par la suite, les propriétés physico-chimiques de ces NCs ont été étudiées par diverses techniques de caractérisation (microscopies électroniques, diffraction des rayons X (XRD), diffraction électronique (SAED), spectroscopies Raman, absorption proche infrarouge et photoémission (UPS/XPS). Enfin, à l’aide des techniques de dépôts comme le Langmuir-Blodgett, des films minces de NCs de PbSe et de PbSe/CdSe ont été fabriqués. En utilisant un rayonnement synchrotron, la discontinuité des bandes dans les hétéro-nanostructures de PbSe/CdSe a été déterminée par XPS. Les résultats montrent un changement irréversible de la nature des NCs de PbSe/CdSe lors d’une irradiation prolongée de l’échantillon par un faisceau synchrotron<br>The tunability of electronic and optical properties of semiconductor nanocrystal (NC) is an important matter in nanotechnology because of their multiple potential applications in optoelectronics such as solar cells, nanotransistors, light emitters, biological markers…Core/shell QDs which are heterogeneous NCs have attracted increasing attention over the past decade, especially because of their enhanced photoluminescence properties and the possibility to create spatially separated excitons by means of a staggered core/shell band alignment. We studied lead chalcogenide NCs because of their unique physical properties which are very different from those of their corresponding bulk materials. Their high dielectric constant (ε∞=23 for PbSe) and the small effective masses of their electron and hole, create excitons with a relatively large effective Bohr radii. These properties lead to a strong confinement of the charge carriers and phonons., thus making them them promising building blocks for a wide number of applications. In the first part of this work, PbSe and PbSe/CdSe NCs with a narrow size distribution and high structural quality have been synthesized, using a colloidal route. Characterizations have been performed using several techniques (electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), electron diffraction (SAED), photoemission (XPS/UPS), Raman and absorption spectroscopic measurements).By using deposition techniques such as Langmuir-Blodgett deposition, homogenous, compact thin films of PbSe and PbSe/CdSe NCs have been fabricated. UPS/XPS measurements performed with synchrotron radiations give the valence band offset between the core and the shell of these core/shell NCs
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Bryckaert, Mattéo. "Étude par spectroscopie d’absorption transitoire sous atmosphère contrôlée de la photodynamique de nanoparticules d’argent stabilisées dans des nanozéolithes LTL et EMT déposées en couches minces." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10174/document.
Full textAbstract:
Les nanozéolithes assemblées sous forme de films ou couches minces et fonctionnalisées par des nanoparticules (NPs) métalliques sont attractives pour le développement de matériaux photoactif pour la conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique, via des processus de plasmoniques chimiques. Afin de soutenir le développement de ces nouveaux matériaux, l’étude des mécanismes gouvernant les photo-transferts ultrarapides de l’énergie à partir des électrons du métal excité est nécessaire. La spectroscopie d’absorption transitoire est une méthode bien adaptée, bien que peu utilisée, pour l’étude des solides poreux.Ce travail présente l’étude de la réponse transitoire de NPs d’argent stabilisées dans des nanozéolithes EMT et LTL préparées en suspension colloïdale puis déposées sous la forme de couches minces transparentes. Les spectres d’absorption transitoires de Ag-EMT et Ag-LTL ont été enregistrés après excitation de l’échantillons par des impulsions de 100 fs à 400 nm et 350 nm, sous vide. Les résultats montrent pour Ag-LTL que l’excitation induit la formation d’électrons chauds dans la bande de conduction qui relaxe par couplage électron-phonon. Ce comportement est typique d’une NP métallique excitée. Pour Ag-EMT, le comportement observé implique la forte délocalisation des électrons excités hors du métal vers les états électronique de la charpente zéolithes. Les mesures pompe-sondes réalisées en présence d’eau ou de méthanol en quantité contrôlée dans la zéolithe, déterminée et calibrée à partir de mesures par spectroscopie IRTF, montre que ces molécules interagissent différemment avec les NPs excités et modifient les interactions entre le métal et la zéolithe<br>Nanozeolites assembled in thin films or layers and functionalized by metallic nanoparticles are attractive in the course of the development of photoactivable material for the light-to-chemical energy conversion through chemical plasmonic processes. To support the development of these new materials, the understanding of the mechanisms governing the ultrafast phototransfer of energy is mandatory. Transient absorption spectroscopy is a well-suited method, although rarely used, for the study of porous solids. This work presents the study of the transient response of silver nanoparticles stabilized in EMT and LTL nanozeolites prepared as colloidal suspension and then assembled in thin transparent films. Transient absorption spectra of Ag-LTL and Ag-EMT, under vacuum, were recorded after excitation of the sample by 100 fs pulses at 400 nm and 350 nm. The results show that for Ag-LTL, the excitation induces the formation of hot electrons in the conduction band that relax through electron-phonon coupling. This behavior is typical of an excited metallic nanoparticle. The behavior observed for Ag-EMT implies strong delocalization of the excited electrons out of the metal toward the electronic states of the zeolite framework. The pump-probe measurements made in presence of controlled amount of water or methanol in the zeolite, as determined and calibrated from FTIR measurements, show that those molecules interact differently with the excited nanoparticles and modify the interaction between the metal and the zeolite
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Stever, Samantha Lynn. "Characterisation and modelling of the interaction between sub-Kelvin bolometric detectors and cosmic rays." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS009/document.
Full textAbstract:
Nous avons étudié l'effet des rayons cosmiques dans les détecteurs en utilisant un bolomètre de germanium composite NTD à basse température, et une source de particules alpha comme source générique d'impulsions. Nous avons caractérisé ce bolomètre en constatant que la forme de son impulsion était due à la combinaison de sa réponse impulsionnelle (la somme de deux exponentielles doubles), et des effets liés à la position découlant de la thermalisation des phonons balistiques en phonons thermiques dans son absorbeur. Nous avons établi un schéma décrivant la forme de l'impulsion dans ce bolomètre en comparant une impulsion mathématique générique à une seconde description basée sur la physique thermique. Nous constatons que la thermalisation des phonons balistiques, suivie de la diffusion thermique, jouent un rôle important dans la forme de l'impulsion, en parallèle avec le couplage électrothermique et les effets électriques dépendant de la température. Nous avons modélisé les impulsions en observant que leur comportement peut être reproduit en tenant compte de la réflexion de phonons balistiques sur le bord de l’absorbeur, avec un couplage thermique fort au capteur central du bolomètre. Compte tenu de ces résultats, nous étudions également les effets des rayons cosmiques sur l’instrument Athena X-Ray Integral Field Unit (X-IFU), en produisant des timelines simulées et en testant la hausse de la valeur moyenne de la température (RMS) sur la plaquette du détecteur. Nous montrons que le flux thermique attendu des rayons cosmiques est au même ordre de grandeur que le maximum autorisé ΔTRMS ce qui constitue une menace sur le budget de la résolution énergétique de l'instrument<br>We have studied the effect of cosmic rays in detectors using a composite NTD germanium bolometer at low temperatures and an alpha particle source as a generic source of pulses. We have characterised this bolometer, finding that its pulse shape is due to a combination of its impulse response function (the sum of two double exponentials), and position-dependent effects arising from thermalisation of ballistic phonons into thermal phonons in its absorber. We have derived a scheme for describing the pulse shape in this bolometer, comparing a generic mathematical pulse shape with a second description based on thermal physics. We find that ballistic phonon thermalisation, followed by thermal diffusion, play a significant role in the pulse shape, along with electro-thermal coupling and temperature-dependent electrical effects. We have modelled the pulses, finding that their behaviour can be reproduced accounting for ballistic phonon reflection off the absorber border, with a strong thermal coupling to the bolometer’s central sensor. With these findings, we also investigate the effects of cosmic rays on the Athena X-Ray Integral Field Unit (X-IFU), producing simulated timelines and testing the average RMS temperature increase on the detector wafer, showing that the expected cosmic ray thermal flux is within the same order of magnitudeas the maximum allowed ΔTRMS, posing a threat to the instrument’s energy resolution budget
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Lombard, Julien. "Nanobulles et nanothermique aux interfaces." Thesis, Lyon 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LYO10233/document.
Full textAbstract:
L'étude des nanobulles de vapeur générées autour de nanoparticules métalliques chauffées par un laser dans de l'eau a connu un intérêt croissant au cours de la dernière décennie, motivé notamment par leur utilisation potentielle pour des applications biomédicales. Ces travaux sont majoritairement expérimentaux et il n'existe pas de description complète des phénomènes physiques régissant la génération et la dynamique des nanobulles. L'objet de cette thèse est de répondre à ces questions fondamentales par la résolution numérique d'un modèle fondé sur les équations de conservation locales dans le fluide (masse, quantité de mouvement et énergie) et prenant en compte la thermodynamique du fluide, les effets capillaires et la résistance thermique à l'interface or-fluide. Par la résolution de ce modèle, nous avons accès à la thermodynamique du fluide avant sa vaporisation et pendant la durée de l'existence des nanobulles, ce qui permet la description de leur dynamique. Dans un second temps, nous définissons le critère de vaporisation dans le fluide par le franchissement de la température spinodale du fluide. Enfin, nous effectuons le bilan énergétique de la production et de la croissance des nanobulles, pour optimiser le transfert énergétique entre le laser et la nanobulle. Nous nous intéressons enfin à la conductance thermique d'interface due au couplage électron-phonon entre un métal et un diélectrique. Après avoir souligné l'influence de ce type de couplage sur le transfert énergétique interfacial, nous présentons des résultats préliminaires concernant le chauffage d'un fluide par des nanoparticules de type cœur-coquille or-silicium<br>Nanobubbles produced around metal nanoparticles heated by a laser pulse have received an increasing interest over the last decade. This interest is motivated by the possible use of those nanobubbles as an agent for cancer therapy. Existing studies are mainly experimental and a complete description of the mechanisms controlling the nanobubbles generation and evolution is still lacking. The aim of this thesis is to answer those fundamental issues by numerically solving a model based on the conservation equations inside the fluid (mass, momentum and energy). This model accounts for the thermodynamics of the fluid, capillary effects and a thermal interface resistance across the particle-fluid interface. Solving this model gives information about the thermodynamics of the fluid before and after its vaporization, which allows for the description of the bubbles dynamics. Then, we can define a criterion for bubbles generation, which corresponds to the crossing of the spinodal temperature of the fluid. Finally, we investigate the role played by the interface thermal resistance arising from electron-phonon couplings between a metal and a dielectric. We present some preliminary results concerning the heating of a fluid with core-shell nanoparticles
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Eremeev, Kirill. "Brοadband emitting materials dοped with thulium and hοlmium iοns fοr sοlid-state lasers at 2 μm and beyοnd". Electronic Thesis or Diss., Normandie, 2024. http://www.theses.fr/2024NORMC232.
Full textAbstract:
De nouveaux matériaux inorganiques actifs au laser, dopés avec des ions de thulium et d'holmium, ont été étudiés pour leur potentiel dans les lasers à accord large et ultrarapides fonctionnant dans la gamme spectrale infrarouge à ondes courtes de 2 à 3 μm. Les lasers émettant dans cette gamme spectrale trouvent de nombreuses applications, notamment dans les systèmes de télédétection par laser, la détection de gaz et la médecine. Ils sont utilisés comme systèmes amplificateurs pour la génération d’harmoniques d’ordre élevé, la génération de térahertz, et la conversion ultérieure de fréquence dans la région infrarouge moyen.La présente thèse de doctorat établit des relations entre les propriétés structurelles des matériaux cristallins d'oxydes et de fluorures, sous forme de monocristaux et de céramiques transparentes, et les propriétés spectroscopiques des ions dopants de thulium et d'holmium, ainsi que leurs caractéristiques laser, qui sont essentielles pour le développement des lasers. De plus, les processus physiques sous-jacents à un comportement laser inattendu sont révélés. Cette étude systématique des matériaux laser permet d'identifier les compositions les plus prometteuses pour le développement de lasers à large accordabilité et à impulsions ultracourtes.Cette étude se concentre principalement sur des matériaux présentant un élargissement spectral inhomogène significatif, se traduisant par des spectres d'absorption et d'émission larges et sans structure des ions dopants. Afin de promouvoir cet effet, plusieurs stratégies ont été envisagées, notamment l'agrégation d'ions de terres rares, le désordre de la structure locale, le désordre de composition dans les composés à solution solide et les bandes latérales de phonons résultant des interactions électron-phonon.La formation d'agrégats de thulium et d'holmium dans des cristaux de fluorure de calcium permet une opération laser efficace et à accord large autour de 2,1 μm. Une étude spectroscopique polarisée des propriétés d'émission des ions d'holmium dans des cristaux désordonnés d'aluminate de terres rares met en lumière ses propriétés spectrales à large bande et le rôle de l'émission assistée par multiphonons, qui se produit au-delà des transitions électroniques, dans les émissions laser inattendues observées dans les lasers à verrouillage de modes. Dans les céramiques à solution solide sesquioxyde du système ternaire yttria-lutécia-scandia dopées avec des ions de thulium, il existe une variation forte et presque linéaire de la force du champ cristallin avec la taille moyenne du cation formant l'hôte. Cette relation permet de personnaliser à la fois la position et la largeur de la bande d'émission au-delà de 2 μm en ajustant de manière appropriée la composition de l'hôte. Des opérations laser très efficaces des sesquioxydes dopés au thulium et à l'holmium autour de 2,1 μm et 2,3 μm ont été démontrées<br>Novel laser-active inorganic materials doped with thulium and holmium ions have been investigated for their potential in broadly tunable and ultrafast lasers operating in the short-wave infrared spectral range of 2 to 3 μm. Lasers emitting within this spectral range find numerous applications, including light detection and ranging systems, gas sensing, medicine. They are used as amplifying systems for high harmonic generation and terahertz generation, and further frequency conversion into the mid-infrared region.The present PhD thesis establishes relationships between the structural properties of oxide and fluoride crystalline materials, in the form of single crystals and transparent ceramics, and the spectroscopic properties of thulium and holmium dopant ions, along with their laser characteristics, which are essential for laser development. Moreover, the physical processes underlying unexpected laser behaviour are revealed. This systematic study of laser materials allows for the identification of the most promising compositions for the development of broadly tunable and ultrashort pulse lasers.This study mainly focuses on materials that exhibit significant inhomogeneous spectral line broadening, resulting in broad and structureless absorption and emission spectra of the dopant ions. In order to promote this effect, several strategies have been considered, including rare-earth ion clustering, local structure disorder, compositional disorder in solid-solution compounds, and phonon-sidebands arising from electron-phonon interactions.The formation of thulium and holmium clusters in calcium fluoride crystals enables efficient and broadly tunable laser operation around 2.1 μm. A polarized spectroscopic study of the emission properties of holmium ions in disordered calcium rare-earth aluminate crystals sheds light on its broadband spectral properties and on the role of multiphonon assisted emission, which occurs beyond electronic transitions, in unexpected laser emissions observed in mode-locked lasers. In solid-solution sesquioxide ceramics of the yttria-lutetia-scandia ternary system doped with thulium ions, there is a strong and nearly linear variation of the crystal-field strength with the mean size of the host-forming cation. This relationship allows for the customization of both the position and width of the emission band above 2 μm by appropriately adjusting the host composition. Highly efficient laser operations of thulium- and holmium-doped sesquioxides around 2.1 μm and 2.3 μm have been demonstrated