Il est bien connu que divers solides amorphes ont de nombreuses propriétés universelles. L'une d'entre elles est la variation de la conductivité thermique en fonction de la température. Cependant, le mécanisme microscopique du transfert de chaleur dans le domaine de température supérieure à 20 K est encore mal compris. Simulations numériques récentes du silicium et de la silice amorphes montrent que les modes de vibration dans la gamme de fréquences correspondante (au-dessus de plusieurs THz) sont délocalisés. En même temps ils sont complètement différents des phonons acoustiques de basse fréquence, dits « diffusions ».Dans ce travail, nous présentons un modèle stable de matrice aléatoire d'un solide amorphe. Dans ce modèle, on peut faire varier le degré de désordre allant du cristal parfait jusqu'au milieu mou extrêmement désordonné sans rigidité macroscopique. Nous montrons que les solides amorphes réels sont proches du deuxième cas limite, et que les diffusions occupent la partie dominante du spectre de vibration. La fréquence de transition entre les phonons acoustiques et diffusons est déterminée par le critère Ioffe-Regel. Fait intéressant, cette fréquence de transition coïncide pratiquement avec la position du pic Boson. Nous montrons également que la diffusivité et la densité d'états de vibration de diffusons sont pratiquement constantes en fonction de la fréquence. Par conséquent, la conductivité thermique est une fonction linéaire de la température dans le domaine allant à des températures relativement élevées, puis elle sature. Cette conclusion est en accord avec de nombreuses données expérimentales. En outre, nous considérons un modèle numérique de matériaux de type de silicium amorphe et étudions le rôle du désordre pour les vibrations longitudinales et transverses. Nous montrons aussi que la théorie des matrices aléatoires peut être appliquée avec succès pour estimer la densité d'états vibrationnels des systèmes granulaires bloqués.

Ce travail de thèse ce concentre sur l’étude des protéines par l’usage de haute pression. Les articles présentés ici sont précéder d’une introduction présentant les différents modèles physiques utilisés pour décrire le repliement des protéines, une introduction posant les bases de la thermodynamique, ainsi que l’origine de la stabilité thermodynamique des protéines dans leur état plies. Il y a trois sujets principaux aborder dans ce mémoire. Le premier est l’étude de la coopérativité du repliement et du paysage de repliement de la protéine à répétition PP32 (Anp32a) a travers l’utilisation de la pression a différentes températures. La seconde étude concerne l’investigation de l’origine de l’expansivité thermique des protéines pliées grâce à l’utilisation de RMN haute pression et de la protéine très bien caractérisée Staphylococcal Nuclease (SNase) et de certaine de ses mutantes. Finalement, un dernier article sur la stabilité sous pression de la variant TC5b de la mini protéine model tryptophan-cage grâce une combinaison de RMN et de simulations moléculaires tout-atomes en « replica exchange ».

In the area of nanopore technology, detection methods are based on the recorded electrical signal induced by ionic transport through the nanopore.This signal also is often used to determine the nanopore diameter. Thus fundamental understanding of ionic transport at the nanoscale is essential, because ions do not in general exhibit bulk-like behavior. Indeed, at low salt concentration, the conductance-concentration relation does not follow a bulk-like linear law. In addition, for small nanopores, surface effects can prevail over bulk transport. In order to illustrate this phenomenon, we have tailored high aspect ratio (conical and cylindrical), putatively uncharged nanopores using tracketching on PET Film and atomic layer deposition technique. Starting from experimental results, we will discuss different approaches to fitting the data, including a simple phenomenological model, commonly used to determine nanopore diameter, and a more sophisticated mesoscopic model based on the space charge model. Application of the mesoscopic model leads us to conclude that, surprisingly, a weak surface charge density is needed to fit the transport model to the experimental data. To go further, molecular dynamic simulations were also performed on a system modeled to resemble as closely as possible the experimental one. From different nanopore geometries and the adsorption of hydrophibic polypeptides, we will attempt to explain the origin of the weak surfacecharge.

The tubular lipid membranes (TLMs) pulled out from vesicles are often used in in vitro studies of the interactions between curvature-inducing proteins and highly curved membranes. The protein molecules adsorbed at the membrane surface deform the TLM and couple with each other due to the induced strain. Here we propose an approach which models the single curvature-inducing protein action on the lipid bilayer by the multipole, the superposition of the point forces applied to the membrane in the region of the protein adsorption. We show that to be localized in the area of the protein size at the TLM surface, the force multipoles satisfying the mechanical equilibrium conditions should be composed of three or more point forces. The protein coupling energy mediated by the membrane strain is studied in detail. In the region of the tubular membrane stability the maximal distance between two neighboring interacting protein-induced force multipoles is estimated to be of the order of the TLM cross section perimeter. In the vicinity of the TLM instability in the region of the vanishing stretching force applied to the TLM, the interaction radius increases drastically. The high affinity of the single curvature-inducing protein molecule to the regions in the vicinity of the TLM ends is explained and related to the boundary conditions in the experimental set-ups. The reasons for the aggregate formation on the membrane surface are also discussed.

The book presents the future developments and innovations in the developing field of microelectronics. The book’s chapters contain contributions from various authors, all of whom are leading industry professionals affiliated either with top universities, major semiconductor companies, or government laboratories, discussing the evolution of their profession. A wide range of microelectronic-related fields are examined, including solid-state electronics, material science, optoelectronics, bioelectronics, and renewable energies. The topics covered range from fundamental physical principles, materials and device technologies, and major new market opportunities.

We propose the principles of structural organization in spherical nanoassemblies with icosahedral symmetry constituted by asymmetric protein molecules. The approach modifies the paradigmatic geometrical Caspar and Klug (CK) model of icosahedral viral capsids and demonstrates the common origin of both the "anomalous" and conventional capsid structures. In contrast to all previous models of "anomalous" viral capsids the proposed modified model conserves the basic structural principles of the CK approach and reveals the common hidden symmetry underlying all small viral shells. We demonstrate the common genesis of the "anomalous" and conventional capsids and explain their structures in the same frame. The organization principles are derived from the group theory analysis of the positional order on the spherical surface. The relationship between the modified CK geometrical model and the theory of two-dimensional spherical crystallization is discussed. We also apply the proposed approach to complex double-shelled capsids and capsids with protruding knob-like proteins. The introduced notion of commensurability for the concentric nanoshells explains the peculiarities of their organization and helps to predict analogous, but yet undiscovered, double-shelled viral capsid nanostructures.