Avec le développement des nanosciences et des nanotechnologies, un vif intérêt pour les nanofils semiconducteurs est apparu vers l’an 2000. Ces petits objets étaient connus depuis longtemps par les épitaxieurs de films minces comme des défauts morphologiques liés à la présence de particules étrangères. Aujourd’hui, des efforts importants sont consacrés à la croissance contrôlée (bien souvent catalysée par des particules métalliques) de ces nano-cristaux à fort rapport d’aspect. De nombreuses applications sont envisagées, sans que les avantages escomptés des nanofils ne soient encore clairement démontrés. Il n’en reste pas moins que les nanofils alimentent de nombreuses études fondamentales sur la physique des systèmes de basse dimensionnalité [1]. Ils représentent aussi de passionnants objets d’études pour les sciences des matériaux.

Dans ce séminaire, je décrirai des mécanismes qui régissent la formation de nanofils III-V, abordant successivement les problèmes de phase cristalline, de cinétique de croissance et de statistique de nucléation des couches atomiques à l’interface entre catalyseur et nanofil. Puis j’illustrerai la grande flexibilité des nanofils pour former des hétérostructures complexes avec deux exemples : (1) la formation d’hétérostructures cœur-coquille AlGaAs/GaAs enterrées dans une matrice de GaAs, que nous utilisons au LPN pour explorer le transport électronique 1D ; (2) la formation de fils photoniques contenant une boîte quantique unique InAsP/InP en vue de fabriquer des sources de photons uniques brillantes.

[1] voir notamment la récente annonce de l’observation du fermion de Majorana dans un dispositif à base d’un nanofil d’InSb :
Signatures of Majorana Fermions in Hybrid Superconductor-Semiconductor Nanowire Devices, V. Mourik, K. Zuo, S. M. Frolov, S. R. Plissard, E. P. A. M. Bakkers, and L. P. Kouwenhoven, Science 1222360, Published online 12 April 2012 [DOI:10.1126/science.1222360]

In this talk I will present two examples of quantum simulations with ultracold atoms. In the first part I discuss the properties of ultracold gases with two hyperfine levels in non-abelian potential. We consider a gauge potential for which the Landau levels can be exactly determined: the non-abelian part of the vector potential makes the Landau levels non-degenerate. In the presence of strong repulsive interactions, deformed Laughlin ground states occur in general. However, at the degeneracy points of the Landau levels, non-abelian quantum Hall states may appear. In the second part I will discuss anisotropic Ginzburg-Landau and Lawrence-Doniach models describing a layered superfluid ultracold Fermi gas in optical lattices. We derive the coefficients of the anisotropic Ginzburg-Landau and the mass tensor as a function of anisotropy, filling and interaction, showing that near the unitary limit the effective anisotropy of the masses is significantly reduced. The anisotropy parameter is shown to vary in realistic setups in a wide range of values. We also derive the Lawrence-Doniach model - often used to describe the 2D-3D dimensional crossover in layered superconductors - for a layered ultracold Fermi gas, obtaining a relation between the interlayer Josephson couplings and the Ginzburg-Landau masses. A discussion of effective models for the dynamics of Fermi gases in layered optical lattices is as well presented.

I will present simulation results for a new, ultrasoft core model of polyelectrolytes in solutions. The model describes a mixture of polycations and polyanions with continuous Gaussian charge distributions in a dilute solution. The effective potential between the polyions is given by a long-range Coulombic tail and a bounded potential at short distances. The model thus shares some commonalities with other ultrasoft representations of interpenetrable colloidal particles, such as dendrimers, microgels and linear polymers. I will show that the ultrasoft primitive model displays aggregation processes that resemble the phenomenon of "complex coacervation" observed in polyelectrolytes in solution. A more systematic exploration of the phase diagram reveals a sharp conductor-insulator transition line that terminates near the top of a first order coexistence curve, separating a high-density liquid phase from a low-density vapor phase. The simulation data thus hint at a tricritical behavior, which contrasts with the Ising criticality of the widely studied "restricted primitive model", in which ions have hard cores.

Understanding physical aging in glasses is essential for building a detailed picture of the glass transition and discriminating among different theoretical models. Notwithstanding, due to experimental and numerical limitations, no data directly probing the dynamics of realistic molecular glasses at a microscopic level are available so far. Here, we provide the first experimental study of the evolution of the structural relaxation process in a metallic glass on the atomic length scale: using different cooling rates we observe a complex hierarchy of dynamic processes characterized by distinct aging regimes. We furthermore report evidence for a dynamical crossover between the metastable glassy state and the equilibrium liquid phase. Strong analogies with the aging dynamics of soft glassy materials, such as gels and concentrated colloidal suspensions, point at stress relaxation as a universal mechanism driving the relaxation dynamics of out-of-equilibrium systems.

Lors de ce séminaire, je présenterai mes travaux de recherche sur les détecteurs optoélectroniques à puits et boites quantiques pour le proche et le lointain infrarouge. Je m’intéresserai tout d’abord aux détecteurs à base d’hétérostructures de semiconducteurs GaN/AlN avec lesquelles il est possible d’atteindre les courtes longueurs d’onde 1,3-2 µm, grâce à leur grande discontinuité de potentiel en bande de conduction (1,75 eV). Je montrerai comment exploiter le confinement quantique des électrons en bande de conduction dans les boites quantiques GaN/AlN afin de réaliser des dispositifs optoélectroniques pour les courtes longueurs d’onde. Je m’éloignerai ensuite vers le moyen et le lointain infrarouge (8 à 15 µm) qui offrent actuellement de nombreuses applications telle que l’imagerie thermique, la détection de missiles ou encore l’exploration spatiale. A ce titre, les détecteurs à multi-puits quantiques à base de GaAs se sont développés depuis quelques décennies et tentent de répondre aux exigences des applications en terme de performances. Je m’intéresserai plus particulièrement aux détecteurs à cascade quantiques GaAs/AlGaAs (QCD). Ces dispositifs novateurs sont basés sur une structure à multi-puits quantiques permettant le déplacement des électrons à travers une cascade de niveaux électroniques confinés dans les puits. A l’inverse des QWIPs (Photodetecteur infrarouge à multi-puits quantiques), les QCDs fonctionnent en mode photovoltaïque (aucune tension appliquée) ce qui permet de réduire fortement le courant d’obscurité, facteur limitant des performances dans les détecteurs photoconducteurs. Je montrerai comment la compréhension et la maitrise du transport électronique dans ces structures complexes sont indispensables à l’optimisation de ces dispositifs et à l’élaboration de nouvelles structures.

L'atomisation est un régime de formation de gouttes particulier qui a lieu lorsque la vitesse d'injection du liquide est suffisamment élevée. C'est aussi le passage d'un jet ou d'une nappe liquide continu(e) à des éléments (gouttes mais aussi ligaments) discrets. On aimerait connaitre où se trouve le liquide mais aussi la taille et la vitesse de ces éléments après la sortie de l'injecteur. Après quelques généralités sur le contexte de la pulvérisation de pesticides et un rapide survol bibliographique sur la modélisation de l'atomisation, on explicitera les équations décrivant l'écoulement turbulent diphasique d'un fluide à masse volumique variable. Outre les équations classiques de conservation de la masse et de la quantité de mouvement moyennées, on introduira une équation de transport de l'aire interfaciale liquide/gaz. On pourra ainsi estimer d'une part la dispersion du liquide dans le gaz, et d'autre part déterminer en tout point du domaine de calculs une taille caractéristique des fragments liquides produits.

Electron quantum optics is an emerging field whose purpose is to transpose what can be done with photons in ballistic conductors. Electron quantum optics thus aims at the controlled preparation, manipulation and measurement of single electron excitations in a ballistic conductors. Due to the recent demonstration of a single electron source in quantum Hall edge channels, it is now possible to realize electron quantum optics experiments such as the celebrated Hanbury Brown and Twiss experiment. In this seminar, I will review the recent developments in these field emphasizing analogies and differences between electron quantum optics and the usual photon quantum optics. (This is meant to be an introduction, so don't panic !)

I will discuss how the usual MSSM Higgs sector is modified when supersymmetry is assumed to be spontaneously broken at energies of the order of a few TeV. In such scenarios, it is possible to raise the tree level masses of all the scalars and easily provide a Standard Model like Higgs boson with the mass suggested by the last LHC results, i.e. around 125 GeV. Moreover, non-standard Higgs decays can take place and give rise to characteristic signatures at the LHC. In particular, I will focus on the possible decay of the Higgs boson into a gravitino and a neutralino, which subsequently decays promptly into another gravitino and a photon. I will discuss the prospects for the discovery of this decay in the monophoton + MET signature.

Many desert sand dunes emit a loud sound with a characteristic tremolo around a well defined frequency whenever sand is avalanching on their slip face. This phenomenon, called the "song of dunes", has been successfully reproduced in the lab, at a smaller scale. In all cases, the spontaneous acoustic emission in the air is due to a vibration of the sand, itself excited by a granular shear flow. I will present a complete characterisation of the phenomenon : frequency, amplitude, source shape, vibration modes, instability threshold. I will then review the most prominent characteristics of acoustic propagation in weakly compressed granular media. Finally, I will describe the different mechanisms proposed to explain booming avalanches. I will show how measurements performed to test these theories against data allow one to contrast explanations that must be rejected (sound resonating in a surface layer of the dune, for instance) with those that still need to be confirmed to reach a scientific consensus, amplification of guided elastic waves by friction, in particular.