At : Moyen Amphi, batiment 510, Orsay Campus , on 14:00

This thesis includes two projects. In the first one, we develop and bench-mark an A.I. model to solve bosonic analytic continuation problems, that is generating the right optical conductivity starting from the current-current correlation function. Recent work has demonstrated that Neural Network can out- perform Maximum Entropy methods for the analyti- cal continuation of noisy Matsubara Green’s function in many-body physics, both in accuracy and compu- tational cost. Here we generalize this approach to the conductivity response functions. A combination of Beta distributions is proposed as way to gener- ate training sets that avoid limitations associated with monotonous flat scenery, as they offer a broad set of qualitatively different training spectra. We find that Neural Networks are particularly efficient at predict- ing DC conductivity, a notoriously difficult quantity for Maximum Entropy methods. We clarify the proce- dure to use the model in a thermally agnostic fashion, meaning that a Neural Network trained at a specific temperature could be used at different ones through a rescaling routine. Finally, we propose a general def- inition of confidence to be associated with the predic- tion of the optical conductivity profile, a much needed missing tile in the A.I. analytic continuation landscape, and provide some insight on its applicability. The second project focuses on cuprate high temper- ature superconductors. Recent experimental work has shown a strong anti-correlation between super- conducting order parameter and the so called charge transfer gap. This involves both oxygen and copper orbitals and originates from the strong electronic cor- relation typical of these materials. In particular, a direct measure of these observables and their anti- correlation has been obtained by scanning tunneling microscopy experiments. Taking advantage from the natural modulation of the apical oxygen position on the surface of bi-layered BSCCO, which also modu- late these observable in space, the anti-correlation could be validated at different sites of the same ma- terial. Using an advanced Dynamical Mean Field The- ory method applied to the inhomogeneous Emery- Hubbard model, which takes into account both the copper and the oxygen orbitals of the cuprate planes, we are able to simulate the experimental situation. By using a pseudo-inversion extrapolation method, we can show that the anti-correlation is present and strong in this model, though the strong spatial vari- ation reported in experiments does not occur. This calls for a critical re-evaluation of the interpretation of the experimental results within our modeling. We finally discuss these findings in relation with the criti- cal transition temperature, the superconducting order parameter and charge transfer gap of various known cuprate compounds.

At : Salle rotonde 2 - 10 Rue d’Oradour-sur-Glane, 75015 Paris , on 10:00

At : Salle 2 11 Pl. Marcelin Berthelot, 75231 Paris

At : Amphithéatre 1 Rue Jussieu 75005 Paris Institut Langevin , on 14:00

At : , on 14:00

Dans ce travail de doctorat, nous étudions la génération de second harmonique avec fronts d’onde sur mesure dans des films diélectriques d’AlGaAs structurés à l’échelle nanométrique. Ce semi-conducteur III-V doté d’une forte susceptibilité quadratique suscite un fort engouement dans le domaine de l’optique non-linéaire compacte. En particulier, cette thèse aborde le potentiel de cette plateforme pour la génération non-linéaire de formes de lumière structurées à la demande, en s’intéressant plus spécifiquement aux vortex optiques. Les faisceaux de vortex sont caractérisés par des fronts d’ondes hélicoïdaux et dotés d’un moment angulaire orbital, un degré de liberté de la lumière qui a fait l’objet d’une attention croissante au cours des trois dernières décennies en raison de son potentiel dans les domaines de la détection, de la microscopie et des communications. Nous nous concentrons tout d’abord sur la conception de métasurfaces non- linéaires qui sont des composants optiques planaires permettant un contrôle sub-longueur d’onde des fronts d’onde générés au second harmonique. A l’aide de simulations numériques, nous nous appuyons sur la méthode de la table de correspondance, qui associe de manière univoque les paramètres géométriques des nanostructures qui composent la métasurface et la phase locale qui contribue à la synthèse des faisceaux émis au second harmonique. Grâce à cette approche, des composants non-linéaires tels que des méta-déflecteurs et de méta-lentilles ont déjà été démontrés dans notre groupe. Cependant, le contrôle précis et local de la phase reste un défi en raison de la complexité des géométries impliquées et de la difficulté de fabrication associée. Nous relevons ce défi en améliorant le protocole de fabrication et nous démontrons la première génération de vortex optiques de second harmonique dans des métasurfaces en AlGaAs. Nous développons dans un second temps une nouvelle génération de métasurfaces non-linéaires dans lesquelles la géométrie de base est radicalement simplifiée pour augmenter la robustesse et la reproductibilité des structures. Nous démontrons expérimentalement le potentiel de cette plateforme en générant une large gamme de faisceaux vortex au second harmonique associés à différentes valeurs de moment angulaire orbital avec un excellent accord avec la théorie et les simulations. L’une des caractéristiques de telles métasurfaces diélectriques est qu’elles sont sujettes à la génération simultanée d’un faisceau de vortex de charge opposée à celle du faisceau principal. Nous élucidons la présence de ce vortex fantôme par une analyse expérimentale approfondie des faisceaux de second harmonique générés et montrons que, bien qu’il s’agisse d’un effet visuel important, sa contribution à la dégradation de la pureté du vortex prévu est mineure. Enfin, nous étudions le couplage entre le moment angulaire de spin et le moment angulaire orbital de la lumière dans le processus de génération de second harmonique dans une couche mince uniforme d’AlGaAs. Nous démontrons la génération de vortex vectoriels sur le champ harmonique en pompant la membrane avec un faisceau gaussien de polarisation circulaire. Les propriétés uniques de l’AlGaAs et la polyvalence des métasurfaces non- linéaires font de cette plateforme un outil puissant pour le contrôle de multiples degrés de liberté de la lumière, avec des possibilités prometteuses pour la génération non-linéaire de faisceaux lumineux structurés complexes.

At : Amphithéâtre Hélène Martel Massignac Bâtiment de Biologie du Développement Institut Curie 11 rue Pierre et Marie Curie 75005 Paris , on 14:00