At : Amphithéatre Bloch, Bâtiment 772, CEA, Orme des merisiers, 91190 Saint-Aubin , on 14:30

La résonance magnétique est une branche de la science qui vise à détecter les spins via leur absorption et émission de rayonnement électromagnétique. On distingue deux sous-branches : la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) qui s’applique aux spins atomiques et la Résonance Paramagnétique Electronique (RPE) qui s’applique aux spins électroniques non appariés. Dans les deux cas, les appareils commerciaux sont limités à la mesure de vastes ensembles de spins et ne fournissent que des moyennes de leur réponse collective. Dans cette thèse, nous réalisons la RPE d’ion Erbium individuels insérés dans un cristal de scheelite en utilisant une nouvelle méthode de détection basée sur la fluorescence micro-onde émise par les spins pendant leur relaxation. Pour favoriser l’émission de photon, les spins sont couplés à un résonateur supraconducteur ayant un petit volume de mode et de faibles pertes, générant un effet Purcell. La sortie du résonateur est connectée à un compteur de photon micro-onde basé sur un qubit supraconducteur et un mélange à 4 ondes. La grande sensibilité de ce détecteur S = 10^-22 W/sqrt(Hz) est une des clés de la réussite de cette expérience. Notre méthode s’applique à tous types d’impuretés paramagnétiques sans nécessiter une transition optique ni un grand temps de cohérence. Nous mesurons les caractéristiques de plusieurs spins individuels, les résultats varient fortement d’un spin à l’autre, mettant en avant l’inhomogénéité de leurs environnements électromagnétiques. Les temps de cohérence atteignent de plusieurs millisecondes et sont limités radiativement. Finalement, nous réalisons une expérience visant à sonder l’environnement magnétique d’une impureté particulière grâce à une séquence de découplage dynamique. Le signal à résonance nous permet de mettre en évidence la présence de spin nucléaire de 183W dont l’abondance naturel est de 0.145. Nous émettons finalement quelques hypothèses préliminaires sur leur disposition autour de l’ion erbium étudié.

At : Institut de Physique Théorique Orme des Merisiers bâtiment 774 Point courrier 136 CEA/DRF/IPhT, CEA/Saclay F-91191 Gif-sur-Yvette Cedex , on 14:00

Almost a century after being theorized, Black Holes have now been observed in nature, first indirectly by LIGO and VIRGO, then directly by the EHT. According to General Relativity, they are the final state of matter after the collapse of very massive objects: all their mass is concentrated in a spacetime singularity, that is shrouded by a horizon from which nothing can escape. Black Holes lie at the frontier between General Relativity and Quantum Mechanics, and are the source of many puzzles and paradoxes whose answers could shed light on several aspects of Quantum Gravity. Chief among them is the information paradox: black holes can evaporate through Hawking radiation, and it seems that all the information about the original constituents of the black hole is permanently lost at the end of this process. The Fuzzball conjecture is an attempt to solve these paradoxes. It proposes to replace the standard black hole picture by an ensemble of fuzzy, horizonless microstates. These solutions, that are built out of the vast number of degrees of freedom of String Theory, look and behave exactly like black holes at a distance, but differ close to the horizon. Because they are horizonless, these geometries are not subject to the same paradoxes as the black hole. As an Effective Field Theory, General Relativity washes out all the intricate details of these microstates, and can only capture an average description: the black hole with a horizon. This thesis aims to build and study such fuzzball microstates within the framework of Supergravity, the low-energy limit of String Theory. The focus is on addressing two main questions associated to the fuzzball conjecture: Can one construct `typical’ microstates that mimic what is expected of black holes ? Can one find enough microstate geometries to recover the full entropy of black holes ?

At : Salle de Réunion PMMH, Campus Jussieu, Bat A, 7 Quai Saint-Bernard, Paris 5e, , on 15:00

At : Salle de conférences du château (bâtiment 9), Observatoire de Paris (site de Meudon), 5 place Jules Janssen, 92195 Meudon , on 10:00

At : Salle de conférence 24 rue Lhomond 75005 , on 10:00

At : Salle Conf IV/E244 24 rue Lhomond 75005 Paris , on 10:00

At : Bâtiment 774, Orme des Merisiers, 91190 Gif-sur-Yvette , on 14:00

Le graphène est un matériel bidimensionnel. Outre le degré de liberté du spin, les électrons de basse énergie dans le graphène possèdent un nouveau degré de liberté: la vallée, qui joue le rôle du pseudospin, si bien que les électrons dans le graphène sont quatre fois dégénérés. Par conséquent, le graphène est un nouveau système physique pour étudier l’effet Hall quantique multicomposante. Dans cette thèse, nous étudions les états de Hall quantique fractionnaires dans deux systèmes de graphène: le graphène monocouche et le graphène bicouche dans l’empilement de Bernal. Dans le graphène monocouche, nous étudions l’ordre du spin et de la vallée causé par la brisure de la symétrie SU(4) due aux anisotropies à courte portée dépendantes de la vallée. Nous avons fait des diagonalisations exactes sur les états de Hall quantique de facteur de remplissage n/3 et comparé les résultats avec ceux d’une méthode variationnelle. Les diagrammes de phase des états à deux composantes (1,1/3), (2/3,2/3) et (1,2/3) ont la même allure que celui du cas de la neutralité des charges. La phase ferromagnétique des états (1,1/3) et (1,2/3), dont les spins sont polarisés, présentent une symétrie SU(2) de vallée, tandis que le Hamiltonien ne possède pas cette symétrie. En particulier, le diagramme de phase de l’état à trois composantes (1,1/3,1/3) n’est pas decrit par la méthode variationnelle: il contient une phase singulet de spin et non-polarisée de vallée, qui n’est pas prédite variationnellement. Le spectre des niveaux de Landau du graphène bicouche est unique parce que les deux niveaux de Landau N=0 et N=1 sont approximativement dégénérés. Son niveau de Landau central est huit fois dégénéré. On peut contrôler l’état du graphène bicouche en modifiant le champ électrique perpendiculaire à la bicouche. Sous la présence de l’effet Zeeman et du biais intercouche, les huit sous-niveaux du niveau de Landau central sont séparés. Cela permet d’observer de nouveaux phénomènes lors du croisement entre les niveaux d’énergies a une particule. Dans la seconde partie de cette thèse, nous étudions la compétition entre l’état de Hall quantique de fraction $\nu=1/3$ et le solide d’électron au croisement de niveaux avec index orbital N=0 et N=1, en supposant que les électrons aient le même spin et la même vallée. Dans ce cas, la coïncidence entre les deux niveaux de Landau est similaire au cas d’une mélange extrême entre les niveaux de Landau et entraîne la formation du cristal de Wigner. La transition de phase entre l’état de Laughlin et le cristal d’électron est continue ou faiblement de premier ordre. La possibilité de créer un cristal de Wigner en variant le biais intercouche dans le graphène bicouche promet une plateforme simple et pratique pour étudier cet état de la matière.

At : Laboratoire de Physique des Solides (UMR8502), Orsay , on 14:00

The work presented in this thesis focuses on a theoretical study of liquid crystal (LC) self-organization of colloidal rods or platelets in complex environments. Explorations are made using statistical theory based on Onsager and mean-field theory combined with large-scale computer simulations. The first case we consider are colloidal discs immersed in reversibly polymerizing rods where both components are capable of developing nematic order. We map out the phase diagrams that feature a number of multi-phase coexistences and discuss the phenomenon of reversible polymerization in anti-nematic environments. The second example concerns colloid rods and platelets immersed in a chiral thermotropic liquid crystal. These so-called hybrid molecular-colloidal liquid crystals are demonstrated to exhibit enhanced biaxial order, surface-anchoring mediated liquid-liquid phase separation and exotic bi-helical hybrid colloidal-molecular organisations at large colloid content. The last topic is devoted to addressing mesoscopic self-assembly of chiral colloidal rods mixed with non-adsorbing polymers. Depending on the conditions, these mixtures are know to form tactoids, membrane-shaped liquid rafts as well as twisted ribbons. Using semi-grand canonical Monte Carlo computer simulation we address the morphology and internal structure of these LC droplets without and with strong planar confinement and compare our findings with recent experimental results on filamentous fd virus rods.

At : Grand amphitéâtre Institut Pierre-Gilles de Gennes, 6 rue Jean Calvin, 75005 Paris , on 14:00

At : Amphithéâtre Pierre-Gilles de Gennes, Bâtiment Condorcet, 10 rue Alice Domon et Léonie Duquet, 75013 Paris , on 14:30

Dans cette thèse, nous étudions expérimentalement les régimes dynamiques d’ondes gravito-capillaires axisymétriques à la surface d’unfluide. Les ondes de surface axisymétriques stationnaires sont d’abord étudiées. Nous mettons en évidence trois régimes dynamiques selon la valeur de la cambrure de la déformation centrale. Le profil expérimental est alors comparé avec succès à la prédiction théorique non linéaire d’ordre 3.La hauteur de la déformation montre aussi une saturation à grande amplitude du forçage. Cette saturation est prédite par un modèle théorique que nous proposons, de même que sa dépendance avec la longueur d’onde. Dans un second temps, une méthode optique de mesure spatio-temporelle du gradient de déformation par strioscopie synthétique est mise en place. Elle permet d’étudier la focalisation d’une onde de surface gravito-capillaire axisymétrique. Nous montrons que la focalisation induit un temps de résidence focal ainsi qu’une accélération de l’onde après son passage au point focal.

At : Amphithéatre IPGG, 6 rue Jean Calvin 75005 , on 10:00

At : Collège de France, Site Ulm, 3 Rue d’Ulm, 75005 Paris, Amphithéâtre Ulm , on 14:00

This thesis focuses on the non-equilibrium properties of maximally chaotic quantum many-body systems. Quantum chaos is a key ingredient of thermalization in quantum systems. It can be measured via the speed at which information gets spread accros the system, a process called information scrambling. The rate at which scrambling occurs is actually bounded, and maximally-chaotic systems, or fast scramblers, display the maximal possible growth. The Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) model has emerged in recent years as a paradigmatic model of a fast scrambler. Besides, it is a solvable example of a system without any quasi-particle excitations, a property which has drawn a lot of attention for the study of the strange metal phase of high-temperature superconductors. The SYK model also has close connections with the physics of black holes. In the thesis, we want to analyse how maximal chaos and the absence of quasi-particles can affect the dynamical properties of a quantum system in various non-equilibrium configurations: quench dynamics in isolated systems, open quantum systems and energy transport. We also explore the connections between maximal chaos and non-Fermi liquid behavior by computing the rate of scrambling for the multichannel Kondo model for large impurity spin and large number of channels.