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Meyer, Julia

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Works: 19 works in 23 publications in 2 languages and 60 library holdings
Roles: Author, Other, Thesis advisor, Opponent
Publication Timeline
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Most widely held works by Julia Meyer
Mesoscopic phenomena driven by parallel magnetic fields by Julia S Meyer( )

5 editions published in 2001 in English and held by 28 WorldCat member libraries worldwide

Mélange de canaux et transport de spin dans l'effet hall quantique entier by Davide Venturelli( )

1 edition published in 2011 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Les états de bord sont des canaux de transport unidimensionnels qui se développent dans des puits quantiques en régime d'Effet Hall entier, avec de remarquables propriétés de chiralité et de cohérence quantique. Dans cette thèse nous présentons l'idée d'une manipulation de courants électroniques mettant en jeu le mélange de deux canaux de bord co-propageants, et nous discutons son impact potentiel pour l'interférométrie quantique et le transport de qubits de spin. Nous présentons les caractéristiques des états de bord et évaluons l'effet de potentiels locaux et non-adiabatiques, et de leur efficacité pour transférer la charge entre les deux canaux. Il est montré que des variations rapides du potentiel, d'amplitude plus petite que le gap de Landau, donnent lieu à un faible mélange, et nous identifions des stratégies expérimentales permettant d'atteindre un bon pourcentage de mélange. Nous développons des techniques de simulation numérique afin de modéliser de expériences qui mettent en jeu des canaux avec mélange, ainsi que des méthodes analytiques permettant de traiter les interactions coulombiennes entre états de bord, en vue de futures expériences d'interférométrie de spin
Interplay of ferromagnetism and superconductivity : (in hybrid structures) by Caroline Richard( )

1 edition published in 2013 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

While ferromagnetism and conventional superconductivity appear as antagonist phases of nature, the proximity effect in hybrid S/F structures offers a unique opportunity to study their interplay. In particular, spin-triplet odd-frequency superconducting correlations may be induced in a diffusive ferromagnet.In a first part, we study the equilibrium current that may flow in hybrid S/F Josephson junctions. We exhibit signatures of odd-frequency triplet correlations. In particular, we predict the existence of a long range triplet current through a non-collinear bilayer ferromagnet with a peculiar superharmonic current phase relation. This can be viewed as the Josephson effect between a conventional superconductor and an effective triplet superconductor generated at the end of the bilayer ferromagnet. Then, we study the competition between triplet and singlet superconductivity in the temperature dependence of the critical current. Namely, the critical current flowing between two effective triplet reservoirs through a conventional superconducting layer may display a maximum at finite temperature
Transport local et non-local : Percolation dans les systèmes à effet Hallquantique corrélations croisées dans les structures hybrides supraconductrices by Martina Flöser( )

1 edition published in 2012 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This thesis consists of two independent parts. The first one deals with transport in two dimensional electron gases in the regime of the quantum Hall effect. In the second part, current and current cross-correlations are studied in normal conductor-superconductor-normal conductor (NSN) hybrid structures. In the high temperature regime of the quantum Hall effect, the longitudinal conductance is calculated in a diagrammatic formalism based on a local conductivity approach. It takes the interplay between electron-phonon scattering and the drift motion along equipotential lines of the disorder potential into account and provides a microscopic derivation of the universal transport critical exponent that was up to now only conjectured from qualitative geometrical arguments. Microscopic expressions for the dependence in temperature and magnetic field of the longitudinal conductance are derived and compared to recent experiments. In the low temperature regime of the quantum Hall effect, tunneling over saddle points is studied from the scattering of semi-coherent state wave packets. We derive analytically the transmission coefficient of saddle-points in the scalar potential in graphene and find that asymmetric saddle-points break particle-hole symmetry in the conductance. In three-terminal NSN hybrid structures the influence of additional barriers on the (non-local) conductance and on current cross-correlations is studied with scattering theory. In metallic, phase averaged systems additional barriers lead to an enhancement of local processes by reflectionless tunneling but have little influence on non-local processes and on current cross-correlations. In ballistic systems, additional barriers lead to Fabry-Perot oscillations and allow to distinguish the different contributions to the conductance and to the current cross-correlations
Phases classiques et quantiques des systèmes dipolaires de basse dimensionnalité by Florian Cartarius( )

1 edition published in 2016 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

In this work, the classical and quantum phases of low-dimensional atomic or molecular systems is studied with a particular focus on the regime where a system goes over from a strictly one-dimensional to a two dimensional system.The first part of the thesis is dedicated to atoms interacting via contact interactions. In particular, we study the dynamical depinning following a sudden turn off of an optical lattice for a gas of impenetrable bosons in a tight atomic waveguide. We use an exact solution, which is based on an equivalence between strongly interacting bosons and noninteraction fermions, in order to derive the exact quantum dynamical evolution. At long times, in the thermodynamic limit, we observe the approach to a nonequilibrium steady state, characterized by the absence of quasi-long-range order and a reduced visibility in the momentum distribution. Similar features are found in a finite-size system at times corresponding to half the revival time, where we find that the system approaches a quasisteady state with a power-law behavior.In the second part, we study the effect of additional dipolar interactions on the ground state of the system. The inclusion of dipole-dipole interaction leads to new quantum phases of the one-dimensional system, but can also lead to a transverse instability.This instability is first analyzed in the classical regime. We study classical particles with dipolar interactions, that are confined on a chain by a harmonic potential. The dipoles are polarised perpendicular to the plane of confinement. Classical particles with repulsive power-law interactions undergo a transition from a single to a double chain (zigzag) by decreasing the confinement in the transverse direction. We theoretically characterize this transition when the particles are classical dipoles, polarized perpendicularly to the plane in which the motion occurs, and argue that this transition is of first order, even though weakly. The nature of the transition is determined by the coupling between transverse and axial modes of the chain and contrasts with the behavior found in Coulomb systems, where the linear-zigzag transition is continuous and belongs to the universality class of the ferromagnetic transition. Our results hold for classical dipolar systems and Rydberg atoms, which can offer a test bed for simulating the critical behavior of magnets with lattice coupling.In the quantum regime, we consider dipolar bosons in an optical lattice, tightly confined by an anisotropic harmonic potential. In the regime where a single chain becomes unstable, we show that the system can be mapped onto an extended multi-mode Bose-Hubbard model, where the coefficients can be determined by means of a low energy theory. A path integral Monte Carlo method, exact diagonalization and TEBD are used to determine the ground state of the extended Bose-Hubbard models. and show that the model captures the linear to zigzag transition
Spin-orbit Coupling and Strong Interactions in the Quantum Hall Regime by Daniel Hernangomez Perez( )

1 edition published in 2014 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

L'effet Hall quantique, qui apparaît dans les gaz d'électrons bidimensionnels soumis à un champ magnétique perpendiculaire et à basses températures, a été un sujet de recherche intense pendant les derniers trente ans, en particulier, à cause des manifestations spectaculaires de la mécanique quantique dans les propriétés de transport à l'échelle macroscopique. Dans cette thèse, on étend l'horizon de la recherche au niveau théorique sur ce sujet en considérant les effets du couplage spin-orbite et l'interaction électron-électron de façon analytique dans ce régime.Dans la première partie de ce manuscrit, on considère l'effet simultané du couplage spin-orbite de type Rashba et l'interaction Zeeman dans le régime de l'effet Hall quantique entier. Pour cela, on étend un formalisme de fonctions de Green basé sur des états de vortex cohérents avec l'objectif d'inclure le couplage entre les degrés de liberté orbitaux et de spin dans les états de dérive électroniques. Puis, comme première application, on montre comment obtenir analytiquement, nonperturbativement et de manière contrôlée des fonctionnelles quantiques (spectre et densité d'états locale) pour des potentiels électrostatiques arbitraires et localement plats. Les fonctionnelles sont ensuite analysées dans différents régimes de températures et comparées aux données expérimentales obtenues à partir des sondes de spectroscopie locales. Comme seconde mise en pratique du formalisme, on étudie en profondeur les propriétés de transport de charge et de spin dans un régime hydrodynamique d'équilibre local (ou quasi-équilibre) et dérive des expressions analytiques qui incorporent les caractères non-relativiste et relativiste des gaz d'électrons avec couplage spin-orbite de type Rashba.Dans la deuxième partie de cette thèse, on s'occupe du problème de traiter analytiquement les fortes interactions électron-électron dans le régime de l'effet Hall quantique fractionnaire. A cette fin, on étudie un problème à deux corps généralisé avec du désordre et des corrélations électroniques, en utilisant une nouvelle représentation d'états de vortex cohérents. Des corrélations à longue portée entre les particules sont incorporées de manière topologique à travers la présence d'une métrique non-Euclidienne. Subséquemment, on montre que ces états de vortex forment bien une base d'un espace de Hilbert élargi, puis on dérive l'équation du mouvement pour la fonction de Green. Enfin, on vérifie la consistance de notre théorie pour tout niveau de Landau de paire et on discute la nécessité d'aller au-delà de la limite semiclassique (à champ magnétique infinie) pour obtenir des gaps dans chaque niveau de énergie
Numerical methods for time-resolved quantum nanoelectronics by Joseph Weston( )

1 edition published in 2016 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Recent technical progress in the field of quantum nanoelectronics have lead toexciting new experiments involving coherent single electron sources.When quantum electronic devices are manipulated on time scales shorterthan the characteristic time of flight of electrons through the device, a wholeclass of conceptually new possibilities become available. In order totreat such physical situations, corresponding advances in numerical techniquesand their software implementation are required both as a tool to aidunderstanding, and also to help when designing the next generation ofexperiments in this domain.Recent advances in numerical methods have lead to techniques for which thecomputation times scales linearly with the system volume, but as thesquare of the simulation time desired. This is particularly problematicfor cases where the characteristic dwell time of electrons in the centraldevice is much longer than the ballistic time of flight. Here, we proposean improvement to an existing wavefunction based algorithm fortreating time-resolved quantum transport which scales linearly in both thesystem volume and desired simulation time. We use this technique tostudy a number of interesting physical cases. In particular we find that theapplication of a train of voltage pulses to an electronic interferometercan be used to stabilise the dynamical modification of the interferencethat was recently proposed. We use this to perform spectroscopy on Majoranaand Andreev resonances in hybrid superconductor-nanowire structures.The numerical algorithms are implemented as an extension to the Kwantquantum transport software. This implementation is used for all the numericalresults presented here, in addition to other work, covering a wide varietyof physical applications: quantum Hall effect, Floquet topological insulators,Fabry-Perot interferometers and superconducting junction
Photonique Josephson : génération & amplification micro-ondes en régime quantique by Florian Blanchet( )

1 edition published in 2018 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The recent field of Josephson photonics is about the interplay between circuit quantum electrodynamic and dynamical Coulomb blockade. It explains and studies the ability of a Cooper pair to inelasticity tunnel through a DC-biased Josephson junction by dissipating the Cooper pair energy in the electromagnetic environment of the junction in the form of photons.This thesis focuses on two aspects of the Josephson photonics:• Control over the statistics of the emitted photons with focus on Generation of non-classical photons;• Stimulated emission of photons leading to Amplification with added noise at the quantumlimit.These devices are powered with a simple DC voltage used to biased the Josephson junction. Such devices can be a new solution in a frequencies range where only few simple alternative solutions are now available.We have studied our devices with two theories, P-theory and input output theory, to derive working characteristics of our devices : Photon rate, gain, noise, bandwidth, compression point. The measured samples are made of niobium nitride and the electromagnetic environment of the junction is engineered to fulfil our needs. The possibility to select the photonic processes at will by engineering the electromagnetic environment permits to imagine further devices: other types of sources, wideband amplifiers, photon detectors
Magnetic resonance in superconducting junctions by Lars Elster( )

1 edition published in 2016 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

In this thesis we investigate the possibility to change the charge current in superconducting junctions by manipulating the spin properties using magnetic resonance. We consider two different junctions: First, an unconventional Josephson junction between a conventional s-wave superconductor and an unconventional px-wave superconductor and second a half-metal/conventional superconductor junction. The spx junctions hosts two spin-polarized Andreev bound states, which are 2pi-periodic, giving rise to a spontaneous magnetization in equilibrium. This opens the possibility to manipulate the occupations of the Andreev levels using a time-dependent magnetic field. We show that the field induces coherent Rabi oscillations between different spin states of the junction that appear as resonances in the current-phase relation. For a cicularly polarized magnetic field, we find a spin selection rule, giving Rabi oscillations only in a certain range of superconducting phase differences, which provides a spin detection scheme. In contrary, for a linear polarization, there is no spin constraint on the Rabi oscillations. The field also induces non-coherent transitions including continuum states that act as refill and ionization processes for the Andreev levels. For a circularly polarized field, these field-induced processes do not provide a decay mechanism for Rabi oscillations, due to spin and energy constraints. For a linear polarization, the width of the Rabi resonances in the current-phase relation is determined by the field-induced ionization processes. In the half-metal/conventional superconductor junction no Andreev current may flow for a static magnetization direction, since the perfect spin polarization of the half-metal forbids Andreev reflection processes at the interface. We show that an Andreev current flows, if the half-metal is subject to ferromagnetic resonance. The precessing magnetization direction in the half-metal provides the necessary spin-flip mechanism. The current is driven by the precession of the magnetization direction that creates a non-equilibrium situation for the charge carriers. We also show for a point contact geometry that in a ferromagnet with non-zero minority carrier concentration the current is reduced and vanishes at equal minority and majority carrier concentrations. Additionally, we consider a more realistic, extended interface geometry. For a ballistic junction, the current is enhanced compared to a point contact geometry due to the larger number of transport channels. Furthermore, we show that disorder is most important in the ferromagnet. The Andreev current through the disordered junction is much larger than the current through a ballistic junction in the same geometry
Détection des interactions photon-photon dans un circuit supraconducteur by Lijing Jin( )

1 edition published in 2016 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Les circuits quantiques supraconducteurs sont étudiés dans de nombreux laboratoires. Ces recherches ont pour objectif de pouvoir construire et coupler plusieurs bits quantiques supraconducteurs pour le traitement de l'information quantique. La description théorique de ces circuits repose sur la dynamique couplée des différences de phase supraconductrice aux jonctions Josephson et des degrés de liberté associés à l'environnement électromagnétique. Cette dynamique non-linéaire a été très étudiée dans le régime classique. Les effets quantiques ont été abordés par des théories de perturbation supposant que certains degrés de liberté sont thermalisés. En revanche, il existe peu de résultats sur la dynamique quantique couplée dans un régime non perturbatif. Le but du projet de thèse sera de décrire le crossover entre les régimes classique et quantique dans le cas d'une jonction Josephson en série avec un résonateur électromagnétique. Pour cela, le candidat étudiera les équations maîtresses pour ce système par des méthodes analytiques et numériques. L'objectif à plus long terme sera de comprendre comment générer et manipuler des photons grâce au contrôle électrique résolu en temps de ces circuits
Physique mésoscopique d'un gaz de Bose unidimensionnel : courants permanents et excitations dipolaires collectives by Marco Cominotti( )

1 edition published in 2015 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Thanks to the experimental breakthrough of the last years in the manipulation of ultra cold atomic gases, it has become possible to realize low-dimensional and mesoscopic quantum fluids. The object of this thesis is the theoretical investigation of a few mesoscopic systems that can be realized with a one-dimensional Bose gas. These systems exhibit interesting quantum phenomena, and are potentially relevant for technological applications. We study the phenomenon of persistent currents induced by stirring the gas confined on a ring with a potential barrier, we examine the feasibility of a qubit based on the superposition of current states in a ring lattice threaded by a gauge field in the presence of a weak-link, and we investigate the dipole excitation of the gas in a split trap induced by an out-of-equilibrium displacement of the external potential. In all these cases, we apply a combination of analytical and numerical approaches that allow to cover all the interaction regimes. As a recurring theme, we disclose a so-far unknown regime of maximal screening of the barrier potential by the fluid, arising from the interplay of effects due to interactions and quantum fluctuations. These results have significant consequences for the behaviour of such systems and are important for the ongoing and future realization of ultracold atomic gases devices
Quantum coherent phenomena in disordered transition metal dichalcogenide monolayers by Stefan Ilic( )

1 edition published in 2019 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Transition metal dichalcogenide monolayers (TMDCs) are recently discovered two-dimensional materials. They host a strong intrinsic spin-orbit coupling (SOC), that acts as an effective Zeeman field with opposite, out-of-plane orientations in the +K and -K corners of the Brillouin zone (valleys). This SOC, and its interplay with disorder, strongly influences the behavior of quantum coherent phenomena in TMDCs. In this thesis, we investigate two such phenomena: superconductivity and interference corrections to the conductance, which include weak (anti-) localization and universal conductance fluctuations.Several superconducting TMDCs have been experimentally found in both n-doped (MoS¬2, WS2) and p-doped (NbSe2, TaS2) regimes. Here, the intrinsic SOC causes unusual “Ising pairing” of the Cooper pairs, formed of electrons from opposite valleys with strongly pinned out-of-plane spins. In-plane magnetic fields are thus not efficient in breaking the Cooper pairs by the paramagnetic effect, which results in a large enhancement of the in-plane upper critical field - the main signature of Ising superconductivity. In the first part of this work, we calculate the upper critical field as well as the density of states of disordered superconducting TMDCs. We show that intravalley scattering does not affect these properties, but that they strongly depend on intervalley scattering, which provides a depairing mechanism. In p-doped Ising superconductors, where multiple bands cross the Fermi level, we identify interband scattering as another important mechanism. We show that weak intervalley and interband scattering can explain experimental observations in n- and p-doped TMDC superconductors, respectively.In the second part of this work, we calculate the interference corrections to the conductance in the normal state of TMDCs, which can serve as an independent probe of SOC of disorder. Because of the interplay between valley structure and SOC, these materials exhibit a rich behavior of weak (anti-) localization and universal conductance fluctuations, which is qualitatively different from other two-dimensional systems such as conventional metals or graphene. Our results can also be used to describe graphene/TMDC heterostructures, where SOC is induced in the graphene sheet. We discuss parameter regimes that can be used to interpret recent experiments and assess the strength of SOC and disorder. Furthermore, we show that an in-plane Zeeman field can be used to distinguish contributions of different kinds of SOC to the weak (anti-) localization
Effet d'une irradiation micro-onde sur la réponse électronique de Tri-Jonctions Josephson : mise en évidence de modes de quartets cohérents by Jean-Eudes Duvauchelle( )

1 edition published in 2015 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

La génération d'objets quantiques intriqués est inévitable pour l'exploration de l'information quantique dans les systèmes de la matière condensée. Alors que des expériences de non-localité on été menées, avec succès, à partir de photons intriqués, il n'a pas encore été possible de réaliser leurs analogues électroniques dans les matériaux solides, où les fermions sont les objets quantiques à intriqués. Les paires de Cooper dans les supraconducteurs sont des candidats prometteurs pour réaliser une source d'électrons intriqués. L'intrication non-local est la clé de voûte et elle peut être induite par le processus de réflexion d'Andreev croisée. Ce phénomène sépare une paire de Cooper en deux électrons, dont les spins sont intriqués, dans deux conducteurs séparés spatialement.J'ai étudié un système composé de trois électrodes supraconductrices (Al) connectées par un métal normal (Cu) formant ainsi une tri-jonction Josephson. De nouvelles structures, dans cette nano-structure hybride, apparaissent dans la conductance différentielle lorsque deux terminaux sont polarisées par des potentiels opposés l'un par rapport à l'autre. Ces anomalies correspondent à des phénomène de transport de paires de Cooper corrélées et sont consistantes avec la prédictiondes Quartets formés par la séparation simultanée de deux paires de Cooper d'un réservoir supraconducteur vers les deux autres électrodes.Dans le but d'expérimenter la cohérence quantique de ces structures, j'ai irradié la tri-jonction à l'aide d'une micro-onde de 14 GHz à très basse température. Des résonances Shapiro apparaissent lorsque la fréquence de la micro-onde est équivalente à la fréquence des courants AC Josephson générés en appliquant des tensions à travers la tri-jonction.Mon étude révèle que les anomalies de type Quartet présentent aussi des résonances Shapiro. Ce résultat démontre que le phénomène de Quartet est un mécanisme quantique cohérent confirmant la séparation cohérente de deux pairs de Cooper à longue portée
Hétérostructures de silicium-germanium à dimensionnalité réduite pour la spintronique quantique by Raisei Mizokuchi( )

1 edition published in 2018 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

L'intégration à large échelles de bits quantiques (qubits) nécessite le développement de systèmes quantiques à deux niveaux à l'état solide comme par exemple des spins électroniques confinés dans des boîtes quantiques ou des fermions de Majorana dans des nanofils semiconducteurs.Les trous confinés à une ou deux dimensions dans des hétérostructures à base de germanium sont de bons candidats pour de tels qubits parce qu'ils offrent i) une forte interaction spin-orbite (SOI) conduisant à des facteurs de Landé relativement grands, ii) un couplage hyperfin réduit laissant entrevoir un long de temps de cohérence de spin et iii) des masses efficaces relativement faibles favorisant le confinement quantique. Au cours de cette thèse, j'ai étudié le transport de trous dans des systèmes unidimensionnels et bidimensionnels faits à partir d'hétérostructures Ge/Si_0.2Ge_0.8 à contrainte compressive. Une partie importante de mon travail de recherche a été consacrée au développement de techniques de fabrication pour ces dispositifs semi-conducteurs. J'ai débuté par la fabrication de dispositifs de type "barre de Hall" à partir d'hétérostructures Ge/SiGe non dopées.J'ai étudié deux types d' hétérostructures contenants un puits quantique de Ge contraint: l'une où le puits de Ge est à la surface de la structure donc facilement accessible aux contacts métalliques, et l'autre où le puitsest enterré à 70nm sous la surface permettant d'avoir une mobilité élevée.Les propriétés électroniques du gaz de trou bidimensionnel confiné dans lepuits de Ge ont été étudiées à travers des mesures de magnéto-transportjusqu'à 0,3 K. Pour le puits enterré, mes mesures ont révélé un caractère dominant de trou lourd, ce qui est attendu dans le cas d'une contrainte compressive en combinaison avec un confinement bidimensionnel. Les dispositifs avec un puits de Ge superficiel ont montré un transport diffusif et un effet d'anti-localisation faible, ce qui est dû à l'interférence quantique de differents chemins de diffusion en présence du SOI. Le fait que le puits de Ge soit situé à la surface permet des champs électriques perpendiculaires relativement grands et, par conséquent, un plus fort SOI de type Rashba. J'ai été en mesure d'estimer l'énergie caractéristique du SOI en obtenant une valeur d'environ 1 meV. Pour la réalisation de nano-dispositifs quantiques,j'ai utilisé l' hétérostructure avec un puits de Ge enterré où la mobilité des trous se rapproche de 2 × 105 cm2/Vs. En utilisant la lithographie par faisceau d'électrons, des grilles métalliques à l'échelle nanométrique ont été définies sur la surface de l'échantillon afin de créer des constrictions unidimensionnelles dans le gaz de trous bidimensionnel. J'ai ainsi réussi à observer la quantification de la conductance dans des fils quantiques d'une longueur allant jusqu'à ~ 600 nm. Dans ces fils, j'ai étudié l'effet Zeeman sur les sous-bandes unidimensionnelles. J'ai trouvé des grands facteurs g pour le champ magnétique perpendiculaire, et des petits facteurs g dans le plan. Cette forte anisotropie indique un caractère de trou lourd prédominant,ce qui est attendu dans le cas d'un confinement dominant dans la direction perpendiculaire. Les grands facteurs g et le caractère unidimensionnel balistique sont des propriétés favorables à la réalisation de fermions de Majorana. Enfin, j'ai commencé à explorer le potentiel des hétérostructures à base de Ge pour la réalisation de dispositifs à points quantiques, en visant des applications en calcul quantique à base de spin. Au cours des derniers mois, j'ai pu observer des signes évidents de transport à un seul trou, posant ainsi les bases pour des études plus approfondies sur les points quantiques des trous
Propriétés hors équilibre des jonctions Josephson multi-terminales et topologiques by Mouhamadou Driss Badiane( )

1 edition published in 2013 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Physics of quantum fluids in two-dimensional topological systems by Olivier Bleu( )

1 edition published in 2018 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Cette thèse est consacrée à la description de la physique à une particule ainsi qu'à celle de fluides quantiques bosoniques dans des systèmes topologiques. Les deux premiers chapitres sont introductifs. Dans le premier, nous introduisons des éléments de théorie des bandes et les quantités géométriques et topologiques associées : tenseur métrique quantique, courbure de Berry, nombre de Chern. Nous discutons différents modèles et réalisations expérimentales donnant lieu à des effets topologiques. Dans le second chapitre, nous introduisons les condensats de Bose-Einstein ainsi que les excitons-polaritons de cavité.La première partie des résultats originaux discute des phénomènes topologiques à une particule dans des réseaux en nid d'abeilles. Cela permet de comparer deux modèles théoriques qui mènent à l'effet Hall quantique anormal pour les électrons et les photons dû à la présence d'un couplage spin-orbite et d'un champ Zeeman. Nous étudions aussi l'effet Hall quantique de vallée photonique à l'interface entre deux réseaux de cavités avec potentiels alternés opposés.Dans une seconde partie, nous discutons de nouveaux effets qui émergent due à la présence d'un fluide quantique interagissant décrit par l'équation de Gross-Pitaevskii dans ces systèmes. Premièrement, il est montré que les interactions spin anisotropes donnent lieu à des transitions topologiques gouvernées par la densité de particules pour les excitations élémentaires d'un condensat spineur d'exciton-polaritons.Ensuite, nous montrons que les tourbillons quantifiés d'un condensat scalaire dans un système avec effet Hall quantique de vallée, manifestent une propagation chirale le long de l'interface contrairement aux paquets d'ondes linéaires. La direction de propagation de ces derniers est donnée par leur sens de rotation donnant lieu à un transport de pseudospin de vallée protégé topologiquement, analogue à l'effet Hall quantique de spin.Enfin, revenant aux effets géométriques linéaires, nous nous sommes concentrés sur l'effet Hall anormal. Dans ce contexte, nous présentons une correction non-adiabatique aux équations semi-classiques décrivant le mouvement d'un paquet d'ondes qui s'exprime en termes du tenseur géométrique quantique. Nous proposons un protocole expérimental pour mesurer cette quantité dans des systèmes photonique radiatifs
Relativistic phases in condensed matter by Eric Brillaux( )

1 edition published in 2021 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

This thesis focuses on the electronic properties of crystalline materials knownas relativistic semimetals, where the energy bands touch linearly at discrete points of the Brillouin zone. A historical example of such material is graphene, whose elementary excitations behave as two-dimensional massless Dirac fermions, even though they propagate at sublight speed. Massless relativistic fermions also appear in the spectrum of three-dimensional materials: Weyl and Dirac semimetals. In this thesis, we analyse the stabilityof the band crossing points with respect to perturbations, either disorder or interactions.The first part addresses the disorder-driven continuous phase transition of a Weyl semimetalto a metallic phase. In this semimetal-metal transition, which differs from Anderson's localisation, the disorder-averaged density of states acts as an order parameter. As an alternative way to characterise the transition, we study a continuous set of exponents,the multifractal spectrum, which encodes the geometrical properties of the critical wavefunctions. These multifractality exponents, which we determine within a renormalisation group approach, govern the scaling law of the typical density of states. We also investigatethe fate of surface states in disordered Weyl and Dirac semimetals using a self-consistent approximation, and show that the Dirac surface states undergo a similar disorder-inducedtransition. The second part addresses twisted bilayer graphene, a system where the interplay between interlayer tunnelling and the moiré geometry of the bilayer leads to anunusual 'magic' angle physics. The Fermi velocity vanishes at a discrete set of so-calledmagic angles, which enable many-body effects to dominate the electronic properties. Weclassify all contact interactions allowed by symmetry, and develop a renormalisation group approach to study the competition between the relevant instabilities. We explain the emergence of a gapped phase at charge neutrality that breaks the three-fold rotational symmetry, which we call a nematic insulator
Modulation de la supraconductivité hors équilibre avec un STM by Thomas Jalabert( )

1 edition published in 2020 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Quasiparticles dynamics often governs the ultimate performances of superconducting devices. Out-of-equilibrium superconductivity has therefore attracted a long-standing interest. In order to probe the microscopic mechanisms at play, injection of quasiparticles with the help of a tunnel junction has already been employed at the mesoscopic scale, thanks to the outstanding progress in modern nanotechnology. However, lithographed tunnel junctions lack spatial resolution and do not allow to vary the bias voltage and the tunneling current independently. In order to overcome these two limitations the novelty of this PhD work is to use a Scanning Tunneling Microscope (STM) working at very low temperature (50 mK) to tune the critical current of superconducting nanowires as a function of the tip position and the tunneling set-point.In thin niobium nanowires capped with gold, we measured a drastic reduction of the critical current by injecting a tunnelling current of quasiparticles that is six orders of magnitude lower. We interpret this observation as a local increase of the electronic temperature. We also suggest that the same mechanism is at play in superconducting Field Effect Transistors (SuFETs). The critical current depends strongly on the injection position along the nanowire, the injection rate and the energy of the quasiparticles. At large energies compared to the superconducting gap, the reduction of the critical current is controlled by the injected power. Our measurements show that the diffusion of heat by quasiparticles and phonons explains the injection power and position dependencies, and allow to probe the electron-phonon coupling in our samples. By contrast, when reducing the energy at constant injection rate, the critical current sharply decreases close to the gap energy, signalling the breakdown of the quasi-equilibrium model. We explain this behaviour as a non Fermi Dirac out of equilibrium energy distribution of the quasiparticles, and this allows to estimate the relaxation rate of the quasiparticles. We also probed the spectral properties of current carrying nanowires, and induced magnetic vortices to create spatial variations in the density of states. We thus evidenced the effect of quasiparticle trapping by vortices at the nanometer scale, which is of particular interest since until now the only experiments that allow investigating the dynamics of an inhomogeneous superconducting system necessarily probed a macroscopic volume of the superconductor, rendering explanation of the measurements in terms of the inhomogeneity difficult.Therefore, this experimental work opens a new perspective to investigate the competition between diffusion, relaxation and recombination of quasiparticles in strongly disordered superconductors with various applications such as in photon detection and superconducting electronics
Periodically driven photonic topological gapless systems by Lavi Kumar Upreti( )

1 edition published in 2020 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Propriétés topologiques de systèmes photoniques non gappés modulés périodiquement. La photonique est une plate-forme où les ondes électromagnétiques (ou photons) se propagent à l'intérieur d'un cristal (comme les ondes de Bloch) formé par les degrés de liberté discrets sous-jacents, par exemple des réseaux de guides d'ondes. Ces ondes ne peuvent pas se propager si la fréquence incidente se situe dans la bande interdite photonique, alors ces ondes sont connues sous le nom d'ondes évanescentes. Ainsi, le cristal se comporte comme un réflecteur de ces ondes. Cependant, s'il existe des modes pour lesquels il existe des ondes limites qui relient la bande interdite, alors ces ondes peuvent exister à la limite sans s'infiltrer dans la masse. Ceci est analogue au mouvement chiral des électrons aux bords du Hall quantique, avec un ingrédient supplémentaire de symétrie d'inversion du temps qui se brise dans les cristaux photoniques via certaines propriétés gyromagnétiques de l'échantillon, ou la dépendance inhérente au temps du système. Dans ce dernier cas, lorsque le système, en particulier, est commandé périodiquement, on peut également observer les phases de non équilibre plus exotiques dans ces réseaux.Dans ce travail, nous explorons les propriétés topologiques de ces réseaux photoniques à commande périodique. Par exemple, comment les symétries fondamentales, par exemple la symétrie particule-trou, peuvent être mises en oeuvre pour concevoir la topologie en 1D. Nous trouvons un lien entre les symétries cristallines et les symétries fondamentales, qui facilitent une telle mise en oeuvre. De plus, une dimension synthétique peut être introduite dans ces treillis qui simulent la physique des dimensions supérieures. La différence entre la dimension synthétique et la dimension spatiale devient apparente lorsqu'une symétrie cristalline spécifique, comme l'inversion, est rompue dans ces systèmes. Cette rupture transforme une bande interdite directe en une bande interdite indirecte qui se manifeste par l'enroulement de bandes dans le spectre de la bande quasi-énergétique. Si elle est rompue dans la dimension synthétique, il en résulte une interaction de deux propriétés topologiques : l'une est l'enroulement des bandes de quasi-énergie, et l'autre est la présence d'états de bord chiraux dans la géométrie finie. Cette ancienne propriété de l'enroulement se manifeste par des oscillations de Bloch des paquets d'ondes, où nous montrons que les points stationnaires de ces oscillations sont liés au nombre d'enroulements des bandes. Cette propriété topologique peut donc être sondée directement dans une expérience par la technologie de pointe. Cependant, si cette symétrie est rompue dans la dimension spatiale, l'enroulement des bandes se manifeste comme une dérive quantifiée de la position moyenne, qui est toujours caractérisée par un nombre d'enroulement des bandes.En outre, nous montrons qu'un régime sans lacune différent peut également être conçu tout en préservant la symétrie d'inversion. Dans ce régime, la topologie peut être saisie en enfermant les dégénérescences dans l'espace des paramètres et en calculant le flux de Berry qui traverse la surface enfermée. Dans ce cas, certaines des dégénérescences peuvent héberger des états chiraux de bord avec d'autres protégés à la même quasi-énergie
 
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Meyer, Julia S.

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