At : Batiment 772 L’orme des merisiers 91191 Cedex, Gif-sur-Yvette , on 14:00

Oxide electronics have attracted significant attention due to their rich variety of applicable mechanisms, such as resistive-switching and 2D electron gas. Conversely, artificial multiferroic oxide heterostructures, combing multiple functional ferroic properties, offer several degrees of freedom and functionalities for circuits. By integrating these two strategies, this study focuses on pioneering novel reconfigurable circuits based on epitaxial FeOx (or NiFe2O4)/BaTiO3 heterostructures. An initial thorough investigation into the ferroic properties of the NiFe2O4/BaTiO3 system not only established a solid foundation for later circuits designs, but also unveiled the diminished magnetic properties at the interface, for which issue a cure is proposed. Subsequent X-ray Photoemission Electron Microscopy (XPEEM) studies indicate that electric field poling can induce local chemical reduction, potentially increasing local conductance, which is a fundamental prerequisite for designing reconfigurable circuits. Through iterations of electrical testing, analysis, and improvement, we realized devices written by piezoresponse force microscopy (PFM) in epitaxial FeOx (or NiFe2O4)/BaTiO3 heterostructures, where two electrodes defined by lithography are connected by a biased-PFM-tip-written conduction channel. The devices demonstrate a remarkable resistance change ratio of up to 9444% in the FeOx/BaTiO3 system. The scalability of resistance with device size indicates a homogeneous switching effect, pivotal for industrial applications. in situ and operando measurements have been developed and performed at multiple synchrotron beamlines to investigate the local chemical and structural changes with current injection. Intriguingly, two distinct breakdown patterns, in-plane and out-of-plane, were identified. The in-plane breakdown is typically characterized by the melting of electrodes, aggregation of Ti and Fe (observed by XPEEM and μ-X-ray fluorescence mapping), and degradation of crystallinity of the multilayers both beneath the electrode and the conduction channel (revealed by μ-X-ray diffraction). Conversely, the out-of-plane breakdown pattern exhibited multiple significant resistance drops with increasing injected current, without apparent in-plane structural or chemical variations. Complementary ex situ HRTEM (High resolution transmission electron microscopy) investigations of the cross-section of post mortem device suggest that the origin of out-of-plane breakdown is the formation of amorphous-phase vias (conduction paths) through the original epitaxial BaTiO3 layer. These phenomena offer unique insights into current injection and breakdown effects in oxide electronics, paving the way for targeted optimization to enhance the robustness and reliability of oxide-based devices.

At : INSTN - Amphi. J. Horowitz - Centre CEA Saclay D306 / Porte Est, 91190 Saclay , on 14:00

La rapidité de la diffusion thermique est une caractéristique essentielle dans les métaux. La possibilité de modéliser le transfert thermique par des simulations de Dynamique Moléculaire est étudiée. Bien qu’il soit possible de tenir compte des effets de la densité électronique, ce type de simulations ne tient habituellement pas compte de la dynamique des électrons libres, comme le préconise l’approximation de Born-Oppenheimer. Nous utilisons le modèle à deux températures (MDT), développé par Anisimov et al. [1] pour tenir compte du couplage électron-phonon lors des irradiations à haute énergie de matériaux. Les expériences de thermoréflectance recourant à l’irradiation laser de métaux [2] permettent de mesurer le couplage électron-phonon dans les métaux. Les résultats sont interprétés en utilisant le MDT. Dans ces expériences, le transfert d’énergie se produit sur des échelles de temps de l’ordre de la picoseconde, échelle de temps caractéristique des simulations de Dynamique Moléculaire. Cependant, puisque le couplage électron-phonon n’est pas pris en compte dans les simulations de Dynamique Moléculaire, il est en principe impossible de modéliser la thermoréflectance, et il en va de même pour les autres propriétés relatives au couplage électron-phonon comme la conductivité électrique ou la diffusion de chaleur. Toutefois, il est possible d’étendre la Dynamique Moléculaire en utilisant la Dynamique Moléculaire à Deux Températures (DM2T) proposée par Finnis, Agnew & Foreman [3], originellement implémentée pour tenir compte du pouvoir d’arrêt électronique dans les irradiations aux ions. De cette manière, les résultats expérimentaux de thermoréflectance à température ambiante peuvent être reproduits quantitativement [4], soulignant l’abilité de la DM2T à reproduire précisément des échanges d’énergie entre les électrons et les vibrations atomiques du réseau cristallin. Une comparaison supplémentaire est effectuée entre la diffusion de chaleur d’un point chaud prédite par la DM2T [3] et par diverses lois de transfert thermique (loi de Fourier, modèles hyperboliques) [5,6] pour plusieurs métaux. Les résultats obtenus révèlent la limite de la DM2T et la nécessité de développements supplémentaires pour la prise en compte des électrons de conduction, et ils accentuent la possibilité en pratique d’introduire dans la Dynamique Moléculaire des comportements physiques qui caractérisent la dynamique des électrons dans les métaux pour un coût raisonnable en temps de calcul. [1] S. I. Anisimov, B. L. Kapeliovich, and T. L. Perelman, Zh. Eksp. Teor. Fiz., 66, 776-781 (1974). [2] P. E. Hopkins, L. M. Phinney and J. R. Serrano, J. Heat Transfer, 133, 044505 (2011). [3] M. W. Finnis, P. Agnew, and A. J. E. Foreman, Phys. Rev. B 44, 567 (1991). [4] M. Malingre and L. Proville 2024, J. Phys.: Condens. Matter 36, 015701 (2024). [5] T. Q. Qiu and C. L. Tien, Journal of Heat Transfer 115, 835 (1993). [6] S. Sobolev, International Journal of Heat and Mass Transfer 94, 138 (2016).

At : Salle Conf IV (E244) 24 Rue Lhomond, 75005 Paris, Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure , on 14:00

At : CEA, Orme des Merisiers Bat 774, 91191 Gif-sur-Yvette, IPhT, amphi Bloch , on 14:00

This manuscript considers a strong coupling approach starting with the expected ground-state of a Mott insulator obtained for a large Coulomb electronic repulsion term with a square lattice. The Hubbard operators are good excitations for this interaction term, as they describe properly the Mott phase. Hopping is then considered in an equation of motion treatment of Hubbard model. An approximation is performed to truncate the currents of the Hubbard operators and allow for a self-consistent framework. Different sets of self-consistent equations are typically considered in the literature and are firstly analyzed for translationally invariant systems. The method violates Luttinger’s theorem and is only particle-hole symmetric with nearest-neighbors. We then extend it to study d-wave superconductivity and longer-range hopping. While we managed to stabilize superconductivity, we show it is non-zero only in the vicinity of a Van Hove singularity. As longer ranged hoppings are included, the Van hove singularity is moved away to higher doping and so does the superconductivity peak. Finally, a two-orbital Hubbard model is considered as an application case of the method. For small enough inter-orbital hopping and no inter-orbital interaction, a spontaneous orbital symmetry breaking is observed. In the absence of inter-orbital hopping, the resulting phase is unhybridized and has one orbital close to half-filling, presenting the characteristic features of the orbital-selective Mott phase without having to consider any Hund term. As the inter-orbital hopping is switched on, this selective Mott phase survives but becomes slightly hybridized and with an orbital not exactly half-filled anymore. Past a critical value, this orbital selective phase is broken and the system goes in an orbital uniform phase.

At : CEA Paris-Saclay, Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC), Bâtiment 772 L’orme des merisiers, 91191, Gif-sur-Yvette , on 14:00

Les écoulements turbulents à la surface des planètes et dans les intérieurs stellaires sont chaotiques et complexes à caractériser en raison des multiples échelles spatiales et temporelles en jeu. Pourtant, une quantification précise de leurs propriétés de transport est essentielle pour la modélisation climatique et l’étude des astres. Dans la première partie, nous étudions l’écoulement turbulent engendré par l’instabilité barocline dans l’océan. Dans un modèle simplifié avec deux couches fluide superposées, nous analysons en détail la taille des tourbillons émergents. Cela nous permet d’affiner la théorie du gaz de vortex, une théorie qui quantifie le flux de chaleur méridien dans la limite d’une faible friction au fond de l’océan. Nous étendons ensuite cette théorie à des modèles plus réalistes, pour finalement aboutir à un modèle pleinement 3D, validant ainsi la robustesse de la théorie du gaz de vortex. Dans une seconde partie, nous étudions le transport turbulent par convection dans un système tournant rapidement sur lui-même, un processus clé de la dynamique stellaire. La nature turbulente de ces écoulements nous amène à considérer que les propriétés à grande échelle sont indépendantes des petites diffusivités moléculaires. Ce régime théorique, connu sous le nom de turbulence géostrophique, est difficilement observable dans les expériences de convection classiques (Rayleigh-Bénard en rotation). Pour surmonter cette difficulté, nous utilisons un dispositif de convection par chauffage radiatif, où un fluide est chauffé près de la paroi inférieure. Nous démontrons d’abord pourquoi ce système est adapté à l’observation de la turbulence géostrophique, puis, grâce à une étude hybride expérimentale-numérique, nous validons les lois d’échelle théoriques pour le transport de chaleur, le champ de vitesse, les fluctuations de température et la structure de l’écoulement.

At : Salle Conférences IV 24 rue Lhomond, Ecole normale supérieure, Département de physique, 75005 Paris , on 14:00

At : , on 16:00

Cette thèse porte sur le développement embryonnaire de la Drosophile avec un point de vue physique. Les organismes multicellulaires ont de gros défis à surmonter : leur développement doit produire une grande variété de tissus qui se différentient à des positions spécifiques, et ce de manière robuste. La Drosophile Melanogaster est depuis longtemps étudiée, ce qui en fait un terrain de jeu parfait pour utiliser les outils de la physique afin de comprendre l’ensemble de procesus qui rendent cela possible. Le chapitre I introduit le développement de la mouche et l’approche biophysique. Le chapitre II concerne la modélisation des écoulements cytoplasmiques produits par des contractions d’actomyosine quelques cycles cellulaires après la fertilisation, grâce à un couplage méchanochimique noyaux-cortex. Le modèle reproduit les observations expérimentales sur la forme des écoulements, leur amplitude et le transport des noyaux. Le chapitre III concerne les résultats théoriques sur les écoulements décrits dans le chapitre II, en introduisant un modèle simplifié. Le modèle donne des expressions sur la puissance des écoulements et le mouvement résultant des noyaux pour différentes géometries, et fait des prédictions sur la stabilité des distributions de myosine et la formation de motifs. Le chapitre IV traître les cycles nucléaires qui précèdent la gastrulation. Dans cette situation, les noyaux sont près du cortex embryonnaire, et la dynamique de propagation des ondes mitotiques ainsi que le mouvement des noyaux dépend de la densité nucléaire et de la distribution de température dans l’oeuf. Le chapitre V récapitule toutes les idées exposées, et donne de possibles extensions.

At : amphithéâtre Claude Bloch, CEA, Orme des Merisiers Bat 774, 91191 Gif-sur-Yvette , on 09:30

Dans le contexte de l’étude en condition extrême de la matière condensée, de nombreuses questions restent encore ouvertes pour comprendre certains phénomènes. La dynamique moléculaire (DM) est une technique de choix pour étudier ces phénomènes car elle permet de simuler la réponse d’un système uniquement à partir de la description des interactions atomiques, pour lesquelles des modèles bien éprouvés existent souvent. Grâce aux dernières générations de supercalculateurs, il est possible de simuler des systèmes à plusieurs milliards d’atomes. Désormais, le temps de post-traitement et d’analyse de ces données peut devenir prépondérant comparativement à celui de la simulation et devient un enjeu essentiel. Dans cette thèse, nous avons développé un algorithme d’analyse de simulation de DM capable d’analyser ces simulations avec un coût de calcul de l’ordre du pourcent du temps total de simulation. L’algorithme détecte et caractérise des zones d’intérêts dans la simulation à partir de critères définis par l’utilisateur, le rendant ainsi très versatile. Nous avons fondé cet algorithme sur les techniques d’étiquetage en composantes connexes parallélisé en mémoire partagée que nous avons étendu à un parallélisme hybride en mémoire partagée et distribuée. Une caractérisation des erreurs associés aux mesures réalisées par notre analyse a été effectuée, le rendant directement exploitable par des physiciens. Nous l’avons en particulier appliqué à divers cas physiques: d’éjection de matière type “micro-jetting” et “splashing” où des détections d’agrégats sont nécessaires, ainsi que des simulations d’endommagement sous choc (écaillage) impliquant la détection de vides.

At : Campus Jussieu 4pl. Jussieu, Paris 5è Amphitheat Bat esclangon , on 14:00

At : Sorbonne Université-Faculté des Sciences et d’Ingénierie (4 Pl. Jussieu, 75005 Paris). T22-32, 317 , on 14:30

Light-induced magnetism refers to the phenomenon where a material becomes magnetized by an optical pulse. In transparent materials, this magnetization can be directly induced by circularly polarized light. Similarly, in metallic materials, circularly polarized light can drive electrons along microscopic solenoidal paths, resulting in magnetization. Occasionally, light generates macroscopic circulating DC drift currents, which further induce DC magnetization in metals. Collectively, these phenomena are termed the inverse Faraday effect.In this PhD research, I investigated light-induced drift currents in various gold nanoantennas, achieving plasmonically enhanced stationary magnetic fields through these currents. The study utilized the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method alongside pertinent theories of light-induced magnetism. Throughout these projects, we analyzed the optical properties of different nanoantennas and elucidated the physical mechanisms behind light-induced drift currents and stationary magnetic fields. We demonstrated a method to achieve plasmonically enhanced inverse Faraday effects and explored the feasibility of magnetization through linearly polarized incident light. Furthermore, we extended the inverse Faraday effect to new research domains, including the creation of skyrmions via stationary magnetic fields.The magnetic effects induced by light remain a rich and promising field of research. The findings of this study have potential applications in various areas, such as magneto-optical materials and devices, optical data storage, biomedical applications, spintronics, quantum computing, fundamental electromagnetism research, and advanced materials science. Light-induced magnetism refers to the phenomenon where a material becomes magnetized by an optical pulse. In transparent materials, this magnetization can be directly induced by circularly polarized light. Similarly, in metallic materials, circularly polarized light can drive electrons along microscopic solenoidal paths, resulting in magnetization. Occasionally, light generates macroscopic circulating DC drift currents, which further induce DC magnetization in metals. Collectively, these phenomena are termed the inverse Faraday effect.In this PhD research, I investigated light-induced drift currents in various gold nanoantennas, achieving plasmonically enhanced stationary magnetic fields through these currents. The study utilized the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method alongside pertinent theories of light-induced magnetism. Throughout these projects, we analyzed the optical properties of different nanoantennas and elucidated the physical mechanisms behind light-induced drift currents and stationary magnetic fields. We demonstrated a method to achieve plasmonically enhanced inverse Faraday effects and explored the feasibility of magnetization through linearly polarized incident light. Furthermore, we extended the inverse Faraday effect to new research domains, including the creation of skyrmions via stationary magnetic fields.The magnetic effects induced by light remain a rich and promising field of research. The findings of this study have potential applications in various areas, such as magneto-optical materials and devices, optical data storage, biomedical applications, spintronics, quantum computing, fundamental electromagnetism research.

At : Amphi BLOCH, IPhT, CEA Saclay, Site Orme des merisiers, 91190 Gif-sur-Yvette , on 09:00

Cette thèse portera sur un modèle pouvant expliquer simultanément différents problèmes de physique théorique moderne : la masse des neutrinos, la masse du boson de Higgs et l’asymétrie matière-antimatière. Ce modèle introduit des nouvelles particules, les Neutrinos droits, qui interagissent avec le Modèle Standard ; les paramètres nécessaires à un modèle satisfaisant peuvent être étudiés pour une possible confrontation à l’expérience.