À : Campus Jussieu, 4 Place Jussieu, 57005, Amphi 25 , à 10:00

Quantum fluids of light are based on the mathematical mapping between the Gross- Pitaevskii equation, which describes weakly interacting Bose-Einstein condensates, and the propaga- tion of a laser through a nonlinear Kerr medium. In our case, the medium inducing the effective photon-photon interactions is a hot rubidium vapor. We can then study superfluidity, and more generally Bose gas physics, in a photonic system. This thesis pushes this platform to the realization of a two-component quantum fluid of light. We show that the two circular polarizations of light follow coupled Gross-Pitaevskii equations, and can therefore be considered as the two components of a binary Bose gas. We characterize the intra- and inter-component interactions and demonstrate the realization of a two-component fluid of light in the miscible and in the non-miscible regime. In the miscible regime, we proceed to the measurement of the elementary density and spin excitations, and reconstruct the characteristic two-branch dispersion of a superfluid mixture. In the non-miscible regime, we initiate the fluid into an homogeneous mixture to study the spontaneous separation of the two components into domains, also called coarsening dynamics. We numerically and theoretically model this phenomenon, which exhibits universal scaling dynamics, and obtain experimental results at short evolution time. To finish, we also experimentally show that the non-miscible binary fluid is a promising platform to study hydrodynamic instabilities at the interface of the two components, like the Rayleigh-Taylor and Kelvin-Helmholtz instabilities.

À : C2N Amphitheatre, 10 Boulevard Thomas Gobert, 91120 Palaiseau, France , à 14:00

This thesis explores two topics at the intersection of nanophotonics, nonlinear dynamics, and neuromorphic engineering using integrated photonic and optomechanical crystal cavities. In the first part, we investigate the synchronization of two self-pulsing photonic crystal nanocavities. Starting from the design, fabrication, and full characterization of a single self-pulsing cavity, we then study both unidirectional and bidirectional synchronization regimes. Rich dynamical phenomena are revealed, including multi-frequency locking, phase slips, and asynchronous states, all backed by detailed experiments and simulations. In the second part, we turn to the spiking (all-or-none) dynamics of an electro-optomechanical crystal cavity. By combining optical and electrical control of the mechanical resonance, we achieve the spiking behavior, the manipulation of the spiking threshold, temporal summation, and refractory period—key ingredients of biological neuron-like behavior. Experimental results are in good agreement with our theoretical and numerical predictions.

À : Amphithéâtre Blandin 1 rue Nicolas Appert, Bât. 510 91405 Orsay Cedex , à 13:30

Le composé minéral herbertsmithite, avec son réseau kagome frustré (fait de triangles à coins partagés), est l’archétype du candidat pour la physique des liquides de spin. Malgré de fortes interactions antiferromagnétiques, il ne s’ordonne pas magnétiquement jusqu’aux plus basses températures étudiées et des signes d’excitations non conventionnelles –fractionnelles- ont été observés par diffusion de neutron. La nature exact de son état fondamental de liquide de spin reste une une question en suspens et fortement débattue. En plus de ce matériau emblématique, toujours étudié en particulier à Orsay et Sherbrooke, de nouveaux composés sont en cours de synthèse avec différentes perturbations par rapport au réseau kagome parfait. Nous nous proposons d’étudier l’Yttrium-kapellasite, proche de l’herbertsmithite, mais qui présente un model de réseau kagome magnétique anisotropique encore inexploré. De grands monocristaux de ce matériau sont disponibles (Coll. P. Puphal, Stuttgart). Une autre facette du projet est dédiée à l’étude de certains oxydes de molybdène qui présentent un réseau kagome "respirant", fait de triangles de deux tailles différentes. Le ratio des interactions dans chaque sorte de triangles devrait nous éclairer sur la nature des états fondamentaux dans ces systèmes. Nous nous proposons d’étudier ces nouveaux états grâce à deux techniques complémentaires : la résonance magnétique nucléaire (RMN) afin d’extraire les susceptibilités magnétiques statiques et dynamiques de ces systèmes complexes, et les mesures ultrasonores pour révéler des transitions de phase discrètes via le couplage magnéto-élastique.

À : Amphithéâtre Talairach Centre CEA Paris-Saclay/Neurospin Bâtiment 145 Allée des Neurosciences, Saint-Aubin, France RD306 – 91191 Gif-sur-Yvette​​​​ , à 14:00

La réduction des émissions de gaz à effet de serre représente un enjeu majeur de notre époque. Dans le secteur des transports, la diminution de la masse des structures est un levier essentiel de cette réduction. Dans cette optique, il est nécessaire de développer des matériaux plus légers sans compromettre leurs propriétés mécaniques (élasticité, plasticité et résistance à la fracture). Le développement rapide des techniques de fabrication additive ouvre de nouvelles voies dans la réalisation de matériaux ultralégers. C’est notamment le cas des matériaux microtreillis, constitués de poutres ou tubes encastrés dont l’arrangement géométrique (architecture) conduit à de nouvelles propriétés. Ces métamatériaux mécaniques, combinant une porosité élevée et une rigidité plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle des matériaux traditionnels de densité équivalente, ouvrent la voie à des espaces de propriétés jusqu’alors inexplorés. Si les premières générations de ces matériaux étaient périodiques, des travaux récents ont démontré l’intérêt des architectures aléatoires pour optimiser leurs performances et garantir leur isotropie mécanique. Cette thèse s’inscrit dans cette dynamique en explorant des méthodes pour améliorer la limite élastique en compression et la résistance à la rupture. L’approche est principalement numérique. Elle s’articule en deux parties. Dans la première partie, nous explorons le potentiel de microtreillis 2D et 3D d’architectures fractales. Nous verrons comment il est possible de concevoir celles-ci pour moduler spatialement taille et forme des poutres individuelles de manière statistiquement isotrope et invariante d’échelle. Nous verrons ensuite quel est l’impact sur le comportement élastique et la limite élastique des métamatériaux mécaniques ainsi générés. Nous montrerons en particulier qu’il est ainsi possible, dans certains cas, d’obtenir une relation linéaire entre la limite élastique et la densité relative des matériaux, en lieu et place de la relation quadratique observée traditionnellement. La seconde partie se concentre sur les propriétés de métacomposites nacre-inspirés. L’architecture de ces microtreillis a la particularité de présenter des zones fortement connectées, rigides, identifiées aux renforts d’un composite, et des zones faiblement connectées, molles, analogues à la matrice des matériaux composites. Nous présentons tout d’abord comment concevoir de tels matériaux. Nous verrons ensuite comment la modulation des tailles et proportions des zones dures et molles permet d’obtenir des propriétés élastiques à la demande dans ces métacomposites. Enfin, nous explorerons l’effet de renforcement sur la résistance à la fracture en tension induit dans ces métamatériaux.

À : auditorium 1 Ave Augustin Fresnel, 91767 Palaiseau , à 14:00

Les besoins croissants de performances de calcul toujours plus élevées et d’efficacité énergétique, couplée aux limites physiques fondamentales de la miniaturisation des semi-conducteurs, nécessite un changement de paradigme de traitement de l’information. Dans ce contexte, le domaine des technologies post-CMOS émerge comme le prochain horizon. La spintronique, s’appuyant le spin de l’électron plutôt que sa charge, offre une voie prometteuse pour intégrer les fonctions mémoire et logique, permettant une commutation collective d’état non volatile et réduisant l’empreinte énergétique des appareils électroniques, à condition qu’une interconversion spin-charge efficace puisse être réalisée. Les degrés de liberté de spin et orbitaux pourraient également être essentiels pour réaliser la supraconductivité topologique, qui échappe aux chercheurs et pourrait ouvrir une voie révolutionnaire pour l’informatique quantique en codant l’information dans des états non locaux et protégés topologiquement, tels que les modes zéro de Majorana. La concrétisation de tels systèmes dépend toutefois de la découverte de matériaux combinant supraconductivité et fort verrouillage spin-impulsion tels que des systèmes Rashba. Cette thèse étudie les propriétés électroniques d’une nouvelle plateforme matériau destinée à la fabrication de dispositifs spintroniques à énergétiquement sobres et à la supraconductivité topologique. Nous nous intéressons aux gaz d’électrons bidimensionnels (2DEG) à base de KTaO3, qui présentent un couplage spin-orbite de Rashba et une supraconductivité exceptionnellement fort, pouvant être modulés dynamiquement par des champs électriques. Grâce à la spectroscopie de photoémission et d’absorption, au magnétotransport, la structure de bande anisotrope des 2DEG KTaO₃ orientés 111 et 110 est cartographiée, révélant des propriétés électroniques dépendantes de l’orientation. Les mesures de transport non réciproques de la magnétorésistance anisotrope mettent en évidence leur influence, avec des composantes harmoniques attribuées à la diffusion multibande et à la conversion charge-spin via l’effet Edelstein. Les coefficients de Rashba estimés présentent une dépendance directionnelle directement liée aux textures de spin et orbitales du système. En régime supraconducteur, des mesures de transport en courant continu démontrent la nature bidimensionnelle de la supraconductivité aux interfaces de KTaO3, avec des températures critiques allant jusqu’à 2,5 K et une sensibilité marquée à l’orientation cristallographique et au désordre. Nous fabriquons des dispositifs mésoscopiques à effet de champ et rapportons le contrôle de la supraconductivité par des grilles arrière et supérieure, conduisant à la construction de diagrammes de phase en forme de dôme qui révèlent des influences distinctes de la configuration de grille sur les états normaux et supraconducteurs. Dans une autre expérience, la spectroscopie par effet tunnel de jonctions AlOx/KTaO3 identifie deux gaps supraconducteurs, compatibles avec la structure électronique multibande observée expérimentalement. Nous étudions la symétrie du gap et montrons qu’elle est compatible avec des mécanismes d’appariement non conventionnels, rendus possibles par les interactions à l’œuvre à cette interface. Ces résultats établissent collectivement les interfaces à base de KTaO3 comme une plateforme polyvalente et modulable pour les dispositifs spintroniques et quantiques de nouvelle génération. La capacité à contrôler électriquement à la fois le couplage spin-orbite et la supraconductivité, combinée à la compatibilité de ces systèmes avec les procédés semi-conducteurs établis, place l’électronique à base d’oxydes à l’avant-garde du paradigme post-CMOS. L’intégration de ces matériaux dans des dispositifs fonctionnels pourrait permettre un calcul économe en énergie et un traitement de l’information quantique robuste aux erreurs, répondant ainsi aux défis pressants de l’électronique moderne.

À : amphithéâtre Blandin au LPS. , à 14:00

À : Amphithéâtre Claude Bloch CEA Saclay, Orme des Merisiers, 91191 Cedex, Gif-sur-Yvette , à 14:00

Ce projet de thèse consiste à développer la technologie de capteurs GMR pour la détection de bactéries. Un tel dispositif pourrait être utile dans le domaine médical pour faciliter les tests microbiologiques, dans le domaine de l’environnement dans un contexte de contamination (eau ou nourriture par exemple) ou encore dans le domaine de la défense pour les attaques bioterroristes.

À : amphithéatre 7, Télécom SudParis, Institut Polytechnique de Paris 19 place Marguerite Perey 91120 Palaiseau , à 14:00

Les technologies de l’information et de la communication ont révolutionné notre monde et ont remodelé nos industries. Les futurs défis de ce secteur comprennent le traitement massif de données, le calcul haute performance et la sécurité du monde numérique. Tous ces défis dépendent de façon critique des références de fréquence et de temps. Des horloges précises sont ainsi nécessaires pour l’authentification des transactions financières, pour la gestion des réseaux de communication, ainsi que pour le rétablissement rapide des signaux GPS en situation dense et la synchronisation des systèmes RADAR. D’autre part, dans les systèmes de communication optique actuels, la transmission des signaux optiques utilise les longueurs d’onde de la lumière, la phase et l’amplitude ce qui permet d’atteindre un débit de transmission de plusieurs centaines de Gbit/s à environ 1Tbit/s sur une seule porteuse de longueur d’onde. C’est dans le contexte des technologies de l’information et de la communication que la thèse s’est focalisée sur les développements technologiques pour améliorer la gestion thermique des lasers à émission verticale en cavité externe (VeCSEL), épitaxiés sur substrat GaAs. La thèse s’est effectuée au sein de la salle blanche du C2N sur des VECSELs épitaxiés par EPVOM. Les mesures optiques ont été réalisées chez Thales Research and Technology (TRT) pour les structures émettant à 980nm, et au Laboratoire Charles Fabry (LCF) pour celles émettant autour de 852nm. Les développements technologiques réalisés à la fois en gravure profonde des structures semiconductrices et en remplissage par du Cu électrolytique en face arrière (en étroite collaboration avec un ingénieur du laboratoire Albert Fert), nous ont permis de proposer une nouvelle architecture de refroidissement des structures VECSEL permettant une augmentation notable de la puissance de sortie.

À : AUDITORIUM Laboratoire Albert Fert, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay, 1 Avenue Augustin Fresnel, 91120, Palaiseau , à 10:00

Les oxydes de métaux de transition (TMO) constituent une classe de matériaux d’importance technologique car ils présentent une gamme étonnante de phénomènes électroniques et magnétiques : transition métal-isolant, supraconductivité, multiferroïcité, activité catalytique, thermoélectricité, etc. En dehors de leurs propriétés intrinsèques et de leur excellente flexibilité, la présence de défauts fonctionnels (cationiques ou anioniques) pourrait devenir encore plus intéressante pour améliorer leurs fonctionnalités ou en générer de nouvelles. A cet égard, les vacances d’oxygène sont particulièrement intéressantes car elles peuvent induire de profonds changements dans la structure, les propriétés électroniques et magnétiques des matériaux. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons un projet qui consistera à contrôler et à manipuler le mouvement des lacunes d’oxygène à une échelle submicrométrique en utilisant le champ électrique produit par une pointe de microscopie à force atomique (AFM). Cette capacité sera utilisée pour explorer la possibilité de régler finement certaines propriétés fonctionnelles des hétérostructures d’oxyde de perovskite telles que la supraconductivité, l’interconversion de charge de spin ou la ferroélectricité.