Motivated by experimental observations of ripples in suspended graphene,
we analyze elastic properties of two-dimensional crystalline membranes with various types of randomness [1]. We demonstrate that random fluctuations of the membrane curvature induced by static disorder lead to a non-monotonous scaling of the bending rigidity, causing the transition between the flat and crumpled phases. We also explore the effect of critical fluctuations of a membrane on electronic transport through the system in the presence of electron-phonon coupling [2,3].

[1] I.V. Gornyi, V.Yu. Kachorovskii, and A.D. Mirlin, Rippling and crumpling in disordered free-standing graphene, arXiv:1505.04483, to appear in Phys. Rev. B. (2015).
[2] I.V. Gornyi, V.Yu. Kachorovskii, and A.D. Mirlin, Conductivity of suspended graphene at the Dirac point, Phys. Rev. B 86, 165413 (2012).
[3] A.P. Dmitriev, I.V. Gornyi, A.D. Mirlin, I.V. Protopopov, in preparation.

Single photon emitters coupled to a complex photonic network hold great potential for next generation quantum information at the nanoscale. I will present our approach to photonic networks based on multiple scattering and how we experimentally couple a set of distributed single emitters with disordered electro-spun dielectric nanofibers, percolating plasmonic networks, and hybrid antenna-waveguide systems. By measuring individual quantum dots and organic emitters at room temperature we record both real and momentum spectroscopy of the fluorescence and we construct the distribution of the Purcell effect, i.e. the fluorescence modification by local mode density engineering. I will discuss the role of global long-range interactions linked to the network connectivity, degree of percolation and fractality, as well as the local near-field contribution.

I will discuss the theory of hard and soft spheres in the limit of infinite dimensions. At low temperature or high pressure, it predicts the existence of a new phase transition, the Gardner transition, beyond which minima of the free energy landscape become marginally stable. This landscape marginal stability merges naturally in the mechanical marginal stability that characterize the jamming point and is crucial to obtain new insights on the criticality of jammed packings. I will introduce some protocols to detect the Gardner point and I will show what are the main properties of the marginal phase. I will discuss what are the consequences of the Gardner transition on the elastic properties of glasses. Then I will focus on the vibrational spectrum showing how marginal stability provides a new scenario for the anomalous excess of soft modes.

A multimode optical fiber acts as a versatile tool to probe the spatial properties of waves in systems in which the rays' dynamic is complex in the geometrical limit. Indeed, the transverse cross section of a truncated fiber is analogous to a 2D-billiard, the paradigm of Ray Chaos. By playing on the level of truncation, one can explore a variety of complex dynamics and thereafter their effects on the waves properties. Strongly affected by the nature of the underlying rays' dynamics, the modes in such systems present surprising properties as strong spatial localizations along stable or unstable periodic orbit as well as singular spectral signatures for some family of modes. In this presentation, I will report experiments and numerical investigations on the observation and analysis of these singular signatures. I will discuss also the way these can be exploited to control the modes in a highly multimode optical fiber for telecommunications and optical imaging.

After introducing and reviewing some recent developments in discrete non-perturbative approaches to quantum gravity, I will present the construction of new vacua and representations for the quantum algebra of observables of canonical gravity. This will highlight the unsuspected richness of this class of theories, and make more transparent their interpretation as topological quantum field theories with defects. I will then explain the relevance of this construction for the study of the continuum limit via coarse-graining and renormalization.

Cette thèse porte sur l’interaction lumière-matière au sein de nanostructures placées dans des cavités optiques à base de semi-conducteurs nitrures. A l’aide d’expériences de microphotoluminescence dans l’ultra-violet, nous étudions les propriétés optiques de boîtes quantiques GaN/AlN dans des microcavités planaires et celles de puits quantiques GaN/AlN insérés dans des microdisques AlN. Afin d’améliorer la collection du faible signal de photoluminescence de boîtes quantiques uniques, nous utilisons des microcavités planaires pour modifier le diagramme d’émission d’une boîte quantique. Le dessin des microcavités est optimisé grâce à des simulations numériques basées sur la méthode des matrices de transfert en présence d’un émetteur. Nous montrons que, pour une microcavité nitrure à base de miroirs de Bragg AlN/AlGaN, la collection des photons émis par une boîte quantique peut être théoriquement améliorée d’un ordre de grandeur, ce qui est confirmé par nos mesures sur boîtes quantiques uniques, ouvrant ainsi la voie à des études avancées de corrélations de photons dans l’UV. La seconde partie des travaux est dédiée à la réalisation d’un micro-laser opérant dans l’UV profond et à température ambiante. En utilisant des puits quantiques GaN/AlN de 2,8 mono-couches, crûs sur substrat silicium et insérés dans des microdisques AlN, nous observons une émission laser à 275 nm sous pompage optique impulsionnel. Cette démonstration montre le fort potentiel des semi-conducteurs nitrures pour la nano-photonique UV sur silicium.

The high energy physics community is in the process of deciding which machines to propose for fundings. It is then particularly important to study the discovery prospects of different models at such machines. In this talk, I will do so for two motivated cases: i) new physics is almost natural, and an extra singlet-like Higgs is the lightest new particle around (conceivable e.g. in the NMSSM and in Twin Higgs); ii) independently of naturalness, Dark Matter is an electroweak multiplet, the prototype of a WIMP.
I will mainly focus on the reach of colliders in the first case, and of telescopes in the second one.

Étude des propriétés optiques de nanostructures quantiques à base de nitrure de gallium (GaN) semi polaires et non polaires
Nous étudions les propriétés optiques de nanostructures (Al, Ga)N/GaN crûes selon diverses orientations cristallographiques. Les orientations concernées sont : le plan non-polaire (1 100) ou plan m ; le plan semi-polaire (1 101) ou plan s ; et le plan semi-polaire (11 22). Dans un premier temps, nous nous consacrons à l'étude de l'anisotropie de la réponse optique de puits quantiques crûs selon les plans m et s. Dans un deuxième temps, nous évaluons les effets de la température sur les propriétés optiques de ces puits quantiques en utilisant la technique de photoluminescence résolue en temps qui permet d'obtenir des informations concernant les phénomènes radiatifs et non-radiatifs. S'agissant des durées de vie radiatives, nous avons mis en évidence la contribution de deux régimes de recombinaison: celui des excitons localisés, lequel est caractérisé par une durée de vie constante; et celui des excitons libres dont la durée de vie croit linéairement avec la température. Pour tous les échantillons que nous avons étudié, le régime d'excitons localisés domine à basse température alors que le régime d'excitons libres domine à haute température. Nous avons ainsi caractérisé la qualité des interfaces des puits quantiques (Al, Ga)N/GaN à partir de la détermination d'un modèle de la densité d'états de localisation. Nous trouvons qu'elle est, dans nos échantillons, encadrée par des valeurs comprises entre 1011 1012 cm-2. Notre étude montre que les puits orientés (11 22) présente la plus faible densité, et que les puits orientés selon le plan s sont les moins affectés par les phénomènes non-radiatifs. Dans un troisième temps, nous nous sommes intéressés à la caractérisation de nanostructures crûes selon le plan (11 22) pour diverses conditions de croissance. En faisant varier celles-ci, il est possible d'obtenir des boites quantiques, des fils quantiques, ou des puits quantiques. L'étude de la dynamique de recombinaison des excitons dans ces nanostructures (11 22) montre une dépendance en température de la durées de vie radiative en fonction du degré de confinement : constante pour les boîtes quantiques; proportionnelle à pour les fils ; linéaire pour les puits. Cette étude démontre la richesse de possibilités de nanostructures crûes sur des orientations non-traditionnelles elle mets en perspective de nouvelles études de croissance cristalline de nano-objets pour des applications inédites en optoélectroniques.