À : Institut Langevin à l'amphithéâtre 1 rue Jussieu Paris 5è

À : INSP, Salle 2223-3-17, UPMC, 4 place jussieu, 75005 Paris , à 14:00

This thesis theoretically investigates several effects related to Anderson localization, focusing on the context of disordered and chaotic cold-atomic systems. In cold-atomic systems, optical speckle patterns are often used to create the disorder. The resulting potentials felt by the atoms differ from Gaussian random potentials, commonly assumed in the description of condensed-matter systems. In the first part of the thesis, we discuss their specificities, with an emphasis on the spectral properties of atoms in such potentials. In particular, we derive several approximations for the spectral function. Atom-optics experiments offer interesting possibilities, such as the possibility to directly probe the atoms inside the disordered potential. In view of these possibilities, we consider in the second part of the thesis the spreading of matter wave packets initially launched with a non-zero velocity. We find that after an initial ballistic motion, the packet center-of-mass experiences a retroreflection and slowly returns to its initial position, mimicking a boomerang. We show that this unexpected quantum boomerang effect is a consequence of Anderson localization, and describe it both numerically and analytically in dimension 1. Atom-atom interactions are then introduced in a third part. We consider dilute condensed bosonic gases, and treat the interactions at the mean-field (Gross-Pitaevskii) level. Various situations are studied numerically, in particular the quantum boomerang scenario, and the dynamical spreading -- both in momentum and energy -- of matter waves prepared as plane waves. In the last part, we show that chaotic models offer interesting prospects for the study of Anderson localization. On the one hand, going against common wisdom, we present strong evidences in favor of a spinless kicked rotor in the sympletic ensemble. On the other hand, a second look at a commonly studied quasi-periodically modulated kicked rotor reveals intriguing results.

À : Auditorium ou Salle des conseils de l'IPN - Bâtiment 100, 15 Rue Georges Clemenceau, 91405 Orsay, France , à 14:00

Many systems that are somehow characterized by a degree of disorder share a similar structure: the energy landscape has many sample-dependent local energy minima. When a small external perturbation is applied to the system at low temperature, it is reasonable to expect that the dynamics will lead the system from a minimum to another, thus displaying a random and jerky response. The discontinuous jumps that one observes are called avalanches, and the focus of this work is the computation of their distribution. One of the results is indeed the development of a framework that allows the computation of this distribution in infinite-dimensional systems that can be described within a replica symmetry breaking ansatz. We apply the results to one of the simplest models of structural glasses, namely dense packings of (harmonic) soft spheres, either at jamming or at larger densities, subject to a shear transformation that induces jumps both in the total energy and in the shear stress of the system. We argue that, when the shear strain is small enough, the avalanche distribution develops a power-law behavior, whose exponent can be directly related to the functional order parameter of the replica symmetry breaking solution. This exponent is also related to the distribution of contact forces (or at least of the contact forces between some of the spheres), whose asymptotic behavior is known not to depend strongly on the spatial dimension; for this reason, we compare the infinite-dimensional prediction with three dimensional simulations of the same systems and, remarkably, we find a good agreement. In the rest of the thesis we compare our results with previous works, and we also discuss some of the consequences that the avalanche distribution lead to, concerning the statistical elastic properties of dense granular media.

À : salle de conférence de l'IMPMC tour 22-23 4ème étage UPMC Campus Jussieu, 4 place Jussieu 75005 Paris , à 14:00

À : UPMC - LPNHE - Salle des conseils (12-22, RC08) , à 14:00

L’instrumentation multi-pupille permet de repousser les limitations actuelles des diamètres des télescopes monolithiques. L’alignement des sous-pupilles est donc une problématique incontournable dans le cadre des futurs projets de télescopes au sol comme dans l’espace. Un Analyseur de Surface d’Onde (ASO) est alors nécessaire pour mesurer les aberrations spécifiques au cas multi-pupille que sont le piston différentiel (différence de marche entre les sous-pupilles), le tip et le tilt (basculements différentiels entre les sous-pupilles). Nous nous attachons à réaliser des ASOs non supervisés et simples d’implantation, permettant l’alignement total d’un instrument multi-pupille. L’algorithme ELASTIC repose sur l’analyse de la corrélation entre deux images focales prises successivement, différant par une perturbation maitrisée et appliquée directement sur les sous-pupilles. ELASTIC permet d’une part d’estimer les grandes erreurs de tip/tilt, pour effectuer un alignement géométrique et d’autre part de stabiliser le tip/tilt pendant la minimisation des grandes erreurs de piston, pour l’alignement interférométrique. Enfin, un second algorithme appelé LAPD permet, au moyen de deux images prises simultanément dans un plan focal et dans un plan légèrement défocalisé, d’estimer les petites erreurs de piston/tip/tilt pour le cophasage fin. Ces différents algorithmes sont caractérisés au moyen de simulations numériques, pour différents types de télescopes multi-pupilles. Nous démontrons expérimentalement les briques de la chaîne d’alignement sur un instrument à 6 sous-pupilles. Ces ASOs permettent de simplifier le dimensionnement des futurs télescopes.

À : ENS Paris, département de physique, 24 rue Lhomond, Paris 5è, salle L363/365 , à 14:00

2016-09-06

À : UPD, 10 rue Alice Domon et Léonie Duquet, 75013 Paris, Bâtiment Condorcet, Amphi. Pierre-Gilles de Gennes , à 10:30

Since the advent of quantum mechanics, the study of light-matter interactions at the quantum level has been greatly developed as a research field. For instance, surprising theoretical predictions gave rise to experiments with unprecedented interaction strengths between matter, and terahertz or microwave radiations. These results correspond to the so-called ultrastrong coupling regime, that is reached when the interaction energy becomes comparable to the typical energies of the light and matter when they are not interacting. In this regime, intriguing properties can be found such as the presence of photons even when no energy is given to the system. However, these photons cannot, a priori, be emitted from the system to the outside world in order to be measured and therefore demonstrate these properties. In this thesis, we studied these intriguing properties and proposed several means to access them experimentally. We relied on several physical platforms which are good candidates for such studies, and for each one of these systems we devised a model that can evidence these properties one way or another. By doing so, we explored the link between the ultrastrong coupling regime and the generation of nonclassical states of light.

À : ENS, 24 rue Lomond Paris 5é, Salle L369 , à 13:00

1) We study the dynamical regimes of coupled networks of excitatory (E)and inhibitory neurons (I) using a rate model description and compare with numerical simulations of networks of neurons described by the EIF model. We focus on the regime where the EI network exhibits oscillations and then couple several of these oscillating networks to study the resulting dynamics. 2) A two population rate model with adaptation: to support this second part, we will compare the model with the findings from MAE in the fish.

À : LPT d'Orsay, Amphi 1 , à 14:00

Malgr ́e un succ`es exp ́erimental incontestable, le Mod`ele standard (MS) de la physique des particules laisse de nombreuses questions fondamen- tales sans r ́eponse, comme le probl`eme de hi ́erarchie et l’origine de la mati`ere noire, motivant l’ ́etude de la “ nouvelle physique”. Le Next-to- Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) est une extension tr`es int ́eressante du MS r ́epondant a ` ces deux probl`emes. Il comprend une riche ph ́enom ́enologie, en principe accessible au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC). En particulier, son secteur de Higgs est ́etendu par rap- port au MS, g ́en ́erant six scalaires. Le but de cette th`ese est d’ ́etudier le potentiel de d ́ecouverte de ces bosons de Higgs suppl ́ementaires au LHC. Apr`es une introduction du NMSSM et de ses motivations, nous ́etudions d’abord les perspectives de d ́ecouverte d’un scalaire, plus l ́eger que la r ́esonance a ` 125 GeV mise en ́evidence au CERN, en passant en revue ses possibles modes de production et de d ́etection dans les phases a ` venir du LHC, et ses possibles impacts sur les couplages du boson de Higgs du MS. Ensuite, les perspectives de recherche via les cascades de Higgs, impliquant des bosons de Higgs suppl ́ementaires l ́egers et lourds, est pr ́esent ́ee. Des ́etudes d ́etaill ́ees au moyen de m ́ethodes Monte-Carlo ont ́et ́e r ́ealis ́ees, et de nouvelles analyses d ́edi ́ees sont pr ́esent ́ees. Ces derniers r ́esultats ne sont pas restreints au NMSSM, et peuvent ˆetre interpr ́et ́es dans une large classe de mod`eles.

À : UPMC (campus JUSSIEU) 4 place Jussieu 75005 PARIS 22-23 3eme étage 317 , à 14:30

Ce travail de thèse est dédié à l’étude des effets induits sur des matériaux à effet magnétocalorique géant par impact d’ions lourds. Ces matériaux présentent une transition de phase de premier ordre liée à une forte variation d’entropie (ΔS) potentiellement exploitable pour le développement de système de réfrigération magnétique efficace. En contrepartie, la présence d’une hystérésis thermique et la faible gamme de température où ΔS est grand (caractéristiques intrinsèques à une transition de phase de premier ordre), limitent l’utilisation de ces matériaux. Dans ce travail, nous avons exploité les effets spécifiques aux ions lourds interagissant avec des solides pour modifier ces caractéristiques : à basse vitesse, ces ions pénètrent peu dans le matériau, engendrent du désordre et créent des défauts ponctuels. Dans les couches minces d’arséniure de manganèse, possédant une transition de phase magnéto-structurale, nous avons montré que ces nouveaux défauts agissent comme des centres de nucléation en facilitant le passage d’une phase à l’autre durant la transition. L’hystérésis thermique a ainsi pu être supprimée pour la première fois, et de façon stable dans le temps. En faisant varier la masse et l’énergie des ions, nous avons pu dégager le rôle fondamental de la densité de collisions élastiques induites par ces irradiations et écarter la contribution des ions implantés. Des couches minces de FeRh, un autre matériau à effet magnétocalorique géant mais présentant une transition de phase de type métamagnétique, ont également été étudiées. Dans ce cas, l’hystérésis n’est pas supprimée mais plutôt élargie par l’irradiation, ce qui souligne l’importance de la présence d’un changement de phase structurale dans le processus de suppression d’hystérésis. Par contre dans ces couches minces, nos investigations révèlent un déplacement de la température de transition de phase que l’on peut faire varier de façon contrôlée en fonction du nombre d’ions/cm² impactant l’échantillon. Cet effet constitue une nouvelle méthode pour moduler spatialement, sur un même échantillon, la température à laquelle l’effet magnétocalorique est maximal. Cela permet de s’affranchir de l’étroite gamme de température utile de ce type de matériaux, autre paramètre critique pour des applications en réfrigération magnétique.

À : UPMC (Campus Jussieu), 4 Place Jussieu, Paris 5ème, Amphithéatre Charpak , à 14:30

Les boîtes quantiques (BQ) semiconductrices possèdent une structure électronique discrète qui en fait une excellente source de photons uniques et indiscernables. Elles sont ainsi devenues un système très attractif pour des futures applications en information quantique, grâce à la possibilité de les intégrer dans des nanodispositifs permettant un couplage efficace lumière-matière . Cependant, les BQs constituent par nature un système ouvert en forte interaction avec l'environnement solide, une des conséquences étant la destruction partielle de la cohérence des photons émis. Dans ce travail, nous avons choisi d'utiliser une BQ comme sonde très sensible de ces interactions. Des expériences d'interférences à deux photons, de type Hong-Ou-Mandel, sous excitation résonante et en fonction de la température, nous ont permis d?étudier l'interaction entre une  BQ et les phonons acoustiques de la matrice cristalline environnante. En combinant nos résultats expérimentaux et un modèle théorique microscopique, nous avons identifié deux processus distincts responsables de la perte d?indiscernabilité: le premier dû aux transitions réelles par absorption-émission de phonons, le deuxième à cause de transitions virtuelles, processus du deuxième ordre, dues à la présence d?états excités de plus haute énergie dans la boîte. Ce deuxième mécanisme devient dominant lorsque la température augmente, plaçant ainsi une limitation dans l'utilisation des BQ pour des applications.

À : Bibliothèque du LPTHE, 13-14.401, UPMC, 4 place Jussieu, 75005 Paris , à 14:00

Forthcoming...

À : Amphithéâtre Langevin - ESPCI 10 rue Vauquelin 75005 Paris , à 14:00

Medical imaging is a crucial tool for medical diagnosis. Current imaging techniques such as magnetic resonance imaging or ultrasound scans are efficient and sensitive. However, to detect some pathologies such as early tumours, other methods are needed. Since those tumours strongly absorb light, optical methods would be suited to detect them but in biological tissues light is highly scattered. This restricts the imaging depth of classical optical techniques to a few millimetres in such media. Acousto-optic imaging is a technique that couples light and ultrasound to obtain optical images deep inside scattering samples. As the ultrasound propagates in the sample, it modulates light and creates tagged photons. The number of these tagged photons is proportional to the local light fluence at the focus of the ultrasound. This method can thus map the light fluence up to a few centimetres deep inside scattering media by scanning the ultrasound. The critical step is the detection of these photons and several approaches can be used such as ultra narrow band filtering or self-adaptive interferometry. In this thesis we present an acousto-optic setup using photorefractive crystals to perform self-adaptive wave-front holography for the detection of tagged photons. Several crystals can be used and we present here an experimental characterisation of two crystals: SPS and ZnTe. The imaging setup was also improved to operate in a reflection configuration, with source and detector on the same side of the imaged phantom and some experimental results are presented in this manuscript. We also propose to combine this experiment with a model-based reconstruction algorithm to reconstruct maps of the absorption coefficient from experimental data in the pursuit of quantitative acousto-optic imaging.