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Physique
/ 21-12-2023
Mandal Ritwika
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Ces dernières années, avec le développement du laser ultrarapide et intense, des opportunités sans précédent sont apparues pour modifier les propriétés macroscopiques des matériaux de manière efficace et ultra-rapide. Les techniques d’analyse avancées, en particulier la diffraction des rayons X en temps résolue, permettent de sonder la structure des matériaux photo-excités avec les résolutions temporelles adéquates, des échelles de temps sous-ps a la microseconde et au-delà. Cette étude se focalise principalement sur les systèmes électroniques corrélés, les composes de T i 3 O 5 et V 2 O 3 . Il a été démontré récemment que la transformation macroscopique dans des matériaux photo-excitables a changement de volume suit l’onde de déformation. Ici, nous avons cherché à comprendre ce mécanisme d’ondes de déformations dans les systèmes électroniques corrélés en étudiant deux systèmes présentant des changements de volume de différents types au cours de la transition de phase. La transition de phase semi-conducteur (β) à métal (λ) dans T i 3 O 5 est associée à un changement de volume significatif. V 2 O 3 , d’autre part, subit à la fois une contraction de volume et un changement de symétrie lors de la transition isolant (AFI) -métal (PM). Une partie de ce travail de doctorat est consacrée au mécanisme de commutation à l’échelle de la nanoseconde dans T i 3 O 5 . Sur ces échelles de temps, la transition de la phase β- à λ se propage à l’intérieur et à travers les joints de grains (entre les nanocristaux). Nous montrons que cette dynamique dépend de la taille des nanocristaux. Nous étudions cette croissance de la phase photoinduite lors de la dissipation de la chaleur et recherchons des corrélations entre ce processus lent et les la forme des domaines nanoscopiques résultant de la transition induite par l’onde de déformation, se produisant sur une échelle de temps ultra-rapide. Les résultats sont rationalisés par une simulation numérique basée sur un modèle 2D de diffusion de chaleur, qui cartographie la distribution de phase dans ces échantillons polycristallins. Dans V 2 O 3 , la dynamique ultrarapide est régie par la propagation des déformations longitudinales dans l’épaisseur du film et par les déformations de cisaillement au sein des cristallites. Grâce a la morphologie des échantillons et a la photo-excitation homogène, aucune réponse lente n’est observé dans ce cas. Notre étude structurale à un délai de 100 ps après la photo-excitation montre une séparation de phase à une fluence laser au delà d’une fluence seuil, et une transformation complète au delà de la fluence de saturation.
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Photonique
/ 19-12-2023
Agaisse Romain
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La stabilité en fréquence des lasers est une propriété recherchée dans de nombreux domaines tels que les communications optiques, la spectroscopie ou encore la métrologie temps-fréquence. Dans ce contexte, l’institut Foton a mis au point un principe permettant d’auto-affiner spectralement un laser à des niveaux extrêmement bas. Pour cela on pompe un résonateur Brillouin non-réciproque ce qui génère une onde Stokes spectralement pure. L’ajout d’une boucle à verrouillage de phase qui contre-réagit sur la pompe permet alors d’éviter les sauts de modes du résonateur Brillouin tout en affinant spectralement le laser de pompe, produisant ainsi un effet d'auto-affinement en cascade. Dans ce manuscrit, nous étudions théoriquement et expérimentalement le système d’auto-affinement spectral laser assisté par effet Brillouin. La modélisation de l’ensemble de ses constituants par le biais du formalisme des fonctions de transfert est confortée par des validations expérimentales. Ces fonctions de transfert rendent compte de la réponse des différents éléments du système vis-à-vis des fluctuations de phase et d’amplitude. L’expression de la fonction de transfert du système complet est ensuite validée expérimentalement en comparant les prévisions théoriques aux mesures de fonction de transfert en boucle ouverte ainsi qu'en réponse indicielle. L’exploitation du modèle et de ses paramètres physiques ajustables permet alors de réduire davantage les fluctuations de fréquence pour un laser de pompe à état solide émettant à 1,54 \uD835\uDF07m. Cela nous permet notamment de mettre en évidence le fait que le résonateur Brillouin dans ces conditions de verrouillage de phase joue le rôle d'une référence optique. Les performances du système sont ensuite évaluées en dupliquant ce dernier et en mesurant dans le domaine micro- onde le battement entre les deux systèmes indépendants. Finalement, le principe du « buffer reservoir » est ajouté au système d’affinement spectral. Ce principe basé sur l’insertion d’un mécanisme d’absorption non-linéaire dans le laser de pompe permet de réduire l'excès de bruit d'amplitude aux oscillations de relaxations de 32 dB. Ainsi on supprime la principale source de bruit d’amplitude converti en bruit de phase dans le système.
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Physique
/ 13-12-2023
Lenavetier Théo
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Les modèles physiques visant à prédire les propriétés mécaniques et rhéologiques des mousses liquides sont encore en développement. Une échelle locale pertinente pour attaquer ce problème du point de vue hydrodynamique est la mousse liquide élémentaire : quelques films de savon reliés entre eux par un ou deux ménisques. Ces travaux portent sur les écoulements dans de tels systèmes, plus précisément sur les mouvements dans les plans de ses différents films de savon. Il comporte essentiellement trois contributions. La première porte sur le comportement élastique individuel des films sous étirement. Nous avons étendu un modèle connu à une gamme de chimie plus large et plus commune, et avons pu mesurer les modules élastiques effectifs de nos solutions. La seconde porte sur la mise en évidence et la quantification d'une tension de ligne d’origine purement capillaire dans le plan d'un film de savon d'épaisseur hétérogène. En modélisant les mouvements de relaxation dans le plan du film de savon, nous validons cette mesure inédite par un accord quantitatif avec la dynamique observée. Enfin, la troisième contribution porte sur les échanges de surfactants entre films de savon voisins lorsque la mousse élémentaire est soumise à une contrainte mécanique. Le résultat principal de cette partie, et de cette thèse, est que le ménisque séparant les films n'intervient pas dans cet échange. Ceci est une information importante qui permet de fermer un modèle théorique préexistant qui vise à prédire la viscosité effective des mousses liquides.
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Physique
/ 12-12-2023
Dubroeucq Romain
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Cette thèse s'inscrit dans le contexte des expériences d'astrophysique de laboratoire menées à l'Institut de Physique de Rennes, qui tentent de reproduire les conditions de basses températures (~10-50 K) du milieu interstellaire, afin de réaliser des mesures de cinétique réactionnelle avec des molécules d'intérêt pour l'astrochimie. L'objectif de cette thèse est le développement d'un spectromètre d'absorption infrarouge résolu en temps, pour sonder les écoulements supersoniques uniformes utilisés pour refroidir les molécules en phase gazeuse. Le spectromètre est basé sur un peigne de fréquences optiques, qui présente des dizaines de milliers de modes laser équidistants dans le domaine des fréquences, fournissant une large couverture spectrale, une haute résolution et une haute sensibilité, et permettant ainsi de détecter plusieurs espèces moléculaires simultanément. Pour augmenter encore la sensibilité de détection, le peigne de fréquences est couplé à une cavité optique. La détection à large bande de la lumière laser est réalisée avec un spectromètre à transformée de Fourier, qui peut opérer de manière résolue en temps, et est appliqué à une nouvelle approche de la spectroscopie de temps de déclin de cavité large bande avec un peigne de fréquences. La première démonstration d'un jet supersonique continu sondé par spectroscopie à transformée de Fourier basée sur un peigne de fréquences couplé à une cavité optique est également présentée.
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Physique
/ 22-11-2023
Speirs Elliot
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L'écoulement multiphasique dans les milieux poreux est essentiel pour divers processus naturels et industriels, comme la séquestration géologique du CO2, la remédiation des sols, et la filtration de particules. Toutefois, des questions subsistent concernant l'effet du confinement et de la géométrie des milieux poreux sur le transport des émulsions. Nous explorons ces questions par des expériences utilisant des milieux poreux transparents et contrôlés, appelés micromodèles. Au sein de ces micromodèles, composés de réseaux de plots cylindriques, nous injectons une émulsion d'eau dans de l'huile.
Notre étude révèle que l'alignement radial des plots, représentant la tortuosité géométrique du réseau, varie périodiquement en fonction de l'angle et exerce une influence significative sur le transport des gouttes, créant des chemins préférentiels reproductibles. En manipulant de manière systématique la configuration des plots, le nombre capillaire d'injection, la taille des gouttes, leur concentration, et la mouillabilité des surfaces, nous caractérisons le transport des gouttes ainsi que leurs conditions de rupture. Lorsque le nombre capillaire est faible, le transport radial des gouttes est homogène. Cependant, à mesure que le nombre capillaire augmente, les gouttes empruntent initialement les chemins les moins tortueux avant de passer à un régime d'écoulement stable, privilégiant les chemins les plus tortueux. En effectuant un suivi de gouttes à grande échelle, nous mettons en évidence l'influence de la tortuosité géométrique du milieu sur les motifs d'écoulement des gouttes, révélant des réponses contre-intuitives.
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Physique
/ 31-08-2023
Sadeghiyan Dehaghani Maryam
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Dans les jonctions tunnel magnétiques hybrides intégrant une barrière tunnel constituée d’une monocouche moléculaire auto-assemblée (SAM), le transport dépendant du spin est intimement lié aux propriétés électroniques aux interfaces ferromagnétiques (FM)/molécules de la jonction. D’un point de vue fondamental, la compréhension de ces effets dits de spinterfaces dans des systèmes modèles simples bien contrôlés est un prérequis au développement de dispositifs spintroniques moléculaires performants. Par ailleurs, d’un point de vue applicatif, la réalisation pratique de ces systèmes hybrides FM/SAMs/FM est encore un défi majeur, en raison de la difficulté intrinsèque à éviter la formation de courts-circuits dans les jonctions par diffusion de métal à travers le SAM lors du dépôt de l’électrode supérieure. Ce travail de thèse se focalise sur ces deux points. Nous avons dans un premier temps développé des jonctions tunnel magnétiques hybrides intégrant une barrière tunnel formée par un SAM d’alcanethiols greffé sous ultravide sur une électrode inférieure monocristalline de Fe(001). Nous avons mis en œuvre une méthode originale de croissance assistée par couche tampon de gaz rare condensé (BLAG) pour le dépôt d’une électrode supérieure ferromagnétique de Co sur le SAM, sans formation de courts-circuits. Les spectroscopies de photoélectrons X et UV ont été utilisées de manière intensive pour étudier chaque étape de fabrication de la jonction tunnel magnétique et en caractériser les propriétés électroniques aux interfaces. De manière complémentaire, nous avons étudié par microscopie et spectroscopie à émission d’électrons balistiques (BEEM) l’homogénéité latérale à l’échelle nanométrique du transport électronique ainsi que les alignements des niveaux d’énergie à l’interface supérieure Co/SAM. Pour un dépôt optimisé par BLAG, une interface homogène Co/SAM est obtenue sans formation de ponts métalliques à travers le SAM. Finalement, nous avons développé un jeu de masques transférables et compatibles avec le dépôt par BLAG permettant de microstructurer in situ des jonctions tunnel magnétiques modèles Co/SAM/Fe(001). Les propriétés de transport de telles jonctions de taille 5*5 um2 présentent des caractéristiques I(V) non-linéaires, signatures de l’effet tunnel électronique à travers une barrière organique exempte de courts-circuits sur une surface étendue.
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Photonique
/ 30-05-2023
Weckenmann Erwan
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La photonique sur silicium offre des solutions pour répondre aux besoins de débits croissants au sein des centre de données, en proposant des composants à bas coût, productibles en grande quantité, compatibles avec les procédés de fabrication de la micro-électronique industrielle et à faible consommation d’énergie. Parmi ces composants, les modulateurs sont des éléments clés dont la fonction est de convertir l’information portée sur un support électrique vers un support optique. Cette thèse étudie numériquement et expérimentalement différentes structures de modulateurs en silicium permettant de moduler efficacement la phase et/ou l’amplitude d’une onde optique. Une attention particulière est portée sur les micro-résonateurs en anneau de par leur efficacité et leur compacité. Une telle structure est modélisée puis étudiée dans différents régimes de modulation. Les propriétés de chirp de ce type de modulateur sont complètement caractérisées numériquement et expérimentalement pour la première fois à notre connaissance, ce qui laisse entrevoir de potentielles applications comme les réductions des pénalités dans les transmissions inter-centre de données. Enfin, des peignes de fréquences électro-optiques sont générés et optimisés avec ce même type de modulateur, grâce à un algorithme d’optimisation. Une très bonne planéité est obtenue pour chaque peigne, relativement au nombre de lignes générées. Avec un taux de répétition approprié, de tels peignes pourraient être utilisés comme des sources multi-longueur d’onde pour les transmissions utilisant le multiplexage de longueurs d’onde.
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Composants et dispositifs pour l’électronique et la photonique
/ 12-01-2023
Gérard Solène
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Dans le domaine des télécommunications, l'amplification Raman nécessite des lasers de pompe émettant de fortes puissances et un taux de polarisation très élevé. Les travaux présentés ici ont pour objectif principal, la caractérisation électro-optique des lasers de pompe InP émettant dans la gamme 1400-1500 nm et reportés « p-down » sur leur embase. Nous présentons, à travers différents moyens de caractérisation, une étude comparative permettant de comprendre quelles sont les étapes et les conditions du report qui influent sur la performance et la qualité de la polarisation optique de ces composants. Nous avons démontré que les contraintes induites lors de certaines étapes de l’assemblage, peuvent affecter la polarisation en dessous et au-dessus du courant de seuil du laser. Il est possible de minimiser cet impact en modifiant certains paramètres lors du report, comme l’outil ou la température du cycle d’intégration en module. Une étude du faisceau laser et de son champ proche résolue en polarisation, nous a permis d’analyser la distribution spatiale du mode fondamental TE, répartie selon ses deux composantes de polarisation, Ex et Ey. Enfin, l’utilisation de la mesure du degré de polarisation linéaire de la photoluminescence (DOLP), nous a permis de visualiser les déformations anisotropes induites sur la facette émettrice des lasers par ces différents procédés.
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Mécanique des solides
/ 13-12-2022
Albayda Alaa
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Pour déterminer les propriétés mécaniques des matériaux par indentation sphérique, nous proposons dans ce travail différentes définitions de déformations représentatives. L’application de ces définitions de déformations représentatives doit se faire en identifiant en premier lieu, les paramètres mécaniques de la loi d’Hollomon qui aboutissent aux grandeurs physiques les plus proches du matériau indenté à caractériser. Une fois ces paramètres identifiés, les déformations représentatives sont obtenues à partir du calcul du gradient des grandeurs mesurées en fonction des paramètres mécaniques identifiés. Nous nous sommes appuyés sur le modèle dérivable de Lee et al. pour appliquer nos définitions de déformations représentatives. Les résultats montrent, malgré les limitations du modèle reconstruit, qu’il est possible de retrouver des points, de coordonnées (contraintes représentatives; déformations représentatives), très proches de la loi d'écrouissage obtenues par essais de traction. Enfin, nous proposons nos propres modèles numériques dérivables permettant de prédire les grandeurs physiques d’indentation sphériques avec grande précision pour les matériaux métalliques et nous l'appliquons avec succès à la caractérisation mécanique de matériaux métalliques.
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Photonique
/ 09-12-2022
Urothodi Rasool Saleem
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Cette thèse porte sur la caractérisation linéaire et non linéaire de microdisques de GaP intégrés sur substrats Si et GaP. Nos mesures de transmission optique dans les bandes SWIR et NIR démontrent que ces structures sont adaptées à l’étude de processus non-linéaires tel que la génération de seconde harmonique (SHG). L'analyse statistique des facteurs de qualité permet d’identifier diverses pertes optiques affectant les microdisques GaP/Si à polarité cristalline aléatoire. Si la contribution principale aux pertes optiques reste la rugosité latérale des disques, une contribution non-négligeable provient de l’absorption par les parois d’antiphases (APBs) générées dans le GaP lorsqu’il est épitaxié sur Si, limitant le facteur de qualité de ces dispositifs à quelques dizaines de milliers. Concernant les expériences d’optique non linéaire, un processus SHG basé sur un quasi-accord de phase strict est démontré pour la première fois, dans les microdisques GaP/GaP. Nous démontrons ainsi que, malgré les facteurs de qualités modestes de nos structures, l’optimisation des processus nonlinéaires dans les microdisques III-V est encore possible via la sélection rigoureuse du processus d’accord de phase. Dans le cas des des microdisques GaP/Si présentant un polarité cristalline aléatoire, la réponse non-linéaire montre un comportement prometteur d’up-conversion à haute puissance, même s’il est difficile à ce stade de confirmer le processus en jeu.
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