<p dir="ltr">This work is the first report of optically addressable spin qubits in a semi-1D material, Boron Nitride Nanotubes (BNNTs). We perform the characterization of these spin defects and utilize their properties to do omnidirectional magnetic field sensing. We transfer these BNNTs with spin defects onto an AFM cantilever and perform scanning probe magnetometry of a 2D Nickel pattern on a gold waveguide. </p>

Multi-fold Time Domain Electromagnetics (TDEM) is a novel experimental approach that couples elements of traditional land-based TDEM survey designs to obtain a robust data set. This design inherently accommodates a broad range of possible Earth models through a rich combination of analysis opportunities making it ideally suited for reconnaissance. Kentland Farms, VA was chosen as the test site, for its ease of access and interesting geologic features such as river terraces and karstic landscape. Three independent methods of analyzing the 3-component data set each provided unique insights into the subsurface electrical structure through a complementary interpretation. Synthesis of log-normalized ∂tB_z pseudo-sections provided a first-order analysis of the lateral and vertical heterogeneities of the profile. A Zero-Crossing Moveout (ZCMO) analysis used a brute-force grid-search inversion to estimate the two-layer Earth model that best-fit the observed moveout times for a range of interface depths. By using the ZCMO result as an initial model, regularized 1D Occam inversions determined a 3-layer electrical structure consisting of a 3.5 m – 5 m thick resistive upper layer, over an 12.5 m – 15 m thick conductive layer, overlying a resistive half-space. From correlation of the inverse solutions with ZCMO derived conductivity models and prior resistivity information, the depth to the limestone bedrock was approximated to be 16 – 20 m. The delineation of the bedrock depth provided additional support for the fill-cut terrace formation model (Ward et al., 2005), as well as possible evidence of groundwater drainage on the 40 m terrace at Kentland Farm. / Master of Science

L'origine des déviations observées aux basses températures sur la conductivité des matériaux organiques quasi-1D reste à ce jour contreversée. Il est établi pour ces matériaux que les fluctuations magnétiques y sont présentes. L'objectif visé par notre travail est d'évaluer l'influence des fluctuations supraconductrices induites par l'antiferromagnétisme dans les conducteurs quasi-1D. Il ressort de nos calculs que la paraconductivité à un canal (Cooper), calculée à partir du courant de paires coïncide à celle d'Aslamazov-Larkin. Pour une dimension spatiale donnée, plus l'anisotropie est prononcée plus les fluctuations deviennent importantes. Dans le cas quasi-1D avec mélange des canaux de Cooper et de Peierls, on retrouve le résultat d'Aslamazov-Larkin à une constante près. Nos résultats s'accordent qualitativement aux données expérimentales avec un paramètre d'anisotropie fortement influencé par la pression. De même, on remarque que la pression lorsqu'elle augmente diminue les fluctuations supraconductrices. En outre l'interférence des canaux augmente la conductivité des conducteurs organiques quasi-1D de manière significative.

Le Rim-Rotor Rotary Ramjet Engine (R4E) a le potentiel de remplacer les turbines à gaz de 1 MW et moins en offrant : (1) une densité de puissance de 7.6 kW/kg, soit le double des turbines à gaz actuelles, (2) une meilleure fiabilité et un moindre coût par sa pièce mobile unique et (3) une efficacité de plus de 20 %, soit similaire aux turbines à gaz de cette puissance.Le R4E convertit la grande vitesse tangentielle du mélange air-carburant, idéalement 1000 m/s, en une grande pression dans la chambre de combustion. La combustion des réactifs augmente le volume du gaz ce qui force les produits à sortir à une grande vitesse tangentielle. La poussée générée est récupérée en travail mécanique à l'arbre directement ou est convertie en électricité. Ce travail présente la conception de la géométrie des propulseurs à l'aide d'un modèle 1D généralisé basé sur l'analyse préliminaire, ainsi que la validation expérimentale d'un prototype faisant la preuve de concept du R4E à travers 5 étapes principales s'étendant sur 2 versions du prototype : (1) la friction aérodynamique, (2) l'écoulement dans le moteur, (3) l'allumage, (4) la combustion et (5) la démonstration de la puissance nette des ailettes. La friction aérodynamique de la paroi externe du Rim-Rotor dépasse de 35 % les modèles actuels ce qui en fait le mécanisme de perte le plus important.Le débit massique dans le moteur est de 30 % inférieur à la valeur estimée par le modèle 1D pour la géométrie testée. La puissance de trainée des statoréacteurs sans combustion mesurée est en ligne avec la puissance prédite pour un débit massique corrigé expérimentalement. En ce qui concerne la combustion dans le moteur, le champ centrifuge extrême domine le mécanisme de propagation de la flamme. Un modèle simple de flottaison est utilisé pour prédire la longueur du front de flamme, représentant les produits chauds qui ont tendance à"flotter" sur les réactifs froids. Un modèle numérique est élaboré pour valider la propagation de la flamme jusqu'à une accélération centrifuge de 1.1 million de g et montre une bonne corrélation avec le modèle simple. Une efficacité de combustion de 85% est démontrée avec un second prototype pour une accélération centrifuge jusqu'à 284 000 g, soit 25 fois supérieures à la plus grande valeur testée dans la littérature. Une fois la combustion stabilisée, ce prototype a été en mesure de produire une légère poussée, une première pour les moteurs à statoréacteur rotatif.

In this thesis examples of translationally invariant one-dimensional (1D) Vlasov-Maxwell (VM) equilibria are investigated. The 1D VM equilibrium equations are equivalent to the motion of a pseudoparticle in a conservative pseudopotential, with the pseudopotential being proportional to one of the diagonal components of the plasma pressure tensor. A necessary condition on the pseudopotential (plasma pressure) to allow for force-free 1D VM equilibria is formulated. It is shown that linear force-free 1D VM solutions correspond to the case where the pseudopotential is an attractive central potential. The pseudopotential for the force-free Harris sheet is found and a Fourier transform method is used to find the corresponding distribution function. The solution is extended to include a family of equilibria that describe the transition between the Harris sheet and the force-free Harris sheet. These equilibria are used in 2.5D particle-in-cell simulations of magnetic reconnection. The structure of the diffusion region is compared for simulations starting from anti-parallel magnetic field configurations with different strengths of guide field and self-consistent linear and non-linear force-free magnetic fields. It is shown that gradients of off-diagonal components of the electron pressure tensor are the dominant terms that give rise to the reconnection electric field. The typical scale length of the electron pressure tensor components in the weak guide field case is of the order of the electron bounce widths in a field reversal. In the strong guide field case the scale length reduces to the electron Larmor radius in the guide magnetic field.

Dans le domaine de la modélisation du brouillard ou des nuages bas, la compréhension précise des interactions complexes entre la turbulence, la microphysique, et le rayonnement reste un enjeu majeur pour améliorer la prévision numérique. Si l'amélioration de la modélisation du brouillard est un enjeu important pour la prévision dans le domaine du transport, elle l'est aussi dans le domaine industriel en raison de ses rejets atmosphériques (aéroréfrigérants industriels, brouillards pollués . . . ). La version 1D de Code_Saturne a été utilisée pour la simulation du brouillard sur les données de la campagne ParisFog réalisée sur le site du SIRTA pendant l'hiver 2006-2007. La simulation des cas observés a permis de montrer que le modèle était capable de reproduire correctement les principaux processus mis en jeu dans le brouillard depuis sa formation jusqu'à sa dissipation. Une étude de sensibilité aux différentes paramétrisations physiques choisies a montré que la dynamique du brouillard est particulièrement sensible à la fermeture turbulente, la teneur en eau à la sédimentation, et le spectre des gouttes au schéma de nucléation. La mise en oeuvre de Code_Saturne 1D sur une longue période en mode prédictif a montré la robustesse de nos choix et l'apport du couplage par nudging avec un modèle de méso-échelle à 36 heures d'échéance. La version 3D de Code_Saturne nous a permis d'étudier l'effet des hétérogénéités spatiales du site SIRTA sur la formation du brouillard. Dans un premier temps, les calculs ont été effectués sur le site considéré comme homogène horizontalement, sans la prise en compte des hétérogénéités. Il s'agissait ici de comparer la version 3D de Code_Saturne en mode RANS avec l'ensemble des paramétrisations physiques concernant le brouillard avec la version 1D. Ensuite, les effets de la prise en compte de la rugosité, des zones boisées et des bâtiments ont été étudiés.

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Au cours des examens d'Imagerie par Résonance Magnétique du cœur, l'ÉlectroCardioGramme recueilli pour la synchronisation est fortement perturbé par plusieurs artéfacts gênant la bonne détection du cycle cardiaque. Une des sources contaminantes est l'artéfact MagnétoHydroDynamique, dû aux mouvements des particules chargées du sang dans le champ magnétique. Dans ce travail, une méthode fiable pour la double synchronisation sur le rythme cardiaque et respiratoire est élaborée, permettant l'amélioration des IRM cardiaques haute résolution. Les altérations temporelles et fréquentielles des signaux ECG provoquées par l'effet MHD sont examinées. Et, dans le but de prédire le niveau de contamination dû à cet artéfact, différents modèles d'écoulements sanguins dans un champ magnétique sont étudiés. Les effets du champ sur l'écoulement sont mis en évidence, et des potentiels surfaciques susceptibles de se superposer à l'ECG sont estimés.

The main aim of this thesis is to gain new knowledge about the lithospherical structure and tectonics of the Carpathian-Pannonian Basin region. We applied three different methods: 1Dautomatic modelling, 2D integrated geophysical modelling and 3D inversion to achieve this goal.These methods are similar concerning the used databases but differ by used processing andinterpretation. At first we apply 1D automatic modelling to get a very first overview of thestudied region. Secondly, we apply 2D integrated modelling of the lithosphere which combines the interpretation of surface heat flow, geoid, gravity, and topography data in the Carpathian-Pannonian Basin region and surrounding areas. This approach is able to constrain the complicated lithospheric structures of the studied region better than interpreting each data set onits own. We present four 2D integrated models of the lithosphere in the Carpathian-PannonianBasin region and surrounding areas. Finally, based on the 3D Inversion algorithm, we present the geophysical models of the lithosphere in the Carpathian-Pannonian region. The algorithm returns the density structure of the lithosphere from joint inversion of free air gravity, geoid andtopography data based on a Bayesian approach. The models are based on different input data sets and constrained by different a priori data. Based on our modelling we cannot confirm theextreme thinning (less than 70 km) of the Pannonian Basin lithosphere proposed by other authors.On the other hand, the results show the increasing trend of the lithospherical thickness of theCarpathian Arc from the Western Carpathians toward the Eastern Carpathians which confirms theprevious theories about the propagation of subduction process. We got some controversial resultsin the area of the Southern Carpathians. The results based on 3D inversion show extremely thinlithosphere in the area; on the other hand, the results based on 2D integrated modelling do notsupport such thinning. However both methods indicate that it is probable that the MoesianPlatform is bend and underthrusted underneath the Southern Carpathians. The south-eastern edge of the Pannonian Basin based on 3D inversion shows unexpected and surprisingly thinlithosphere. Since the area is quite large, we could exclude an effect of flexure, therefore this area might be potentially interesting for further investigation.

A passagem progressiva de estados de Landau bidimensional (2D) para estados tridimensional (3D) foi estudada em Poços Quânticos Parabólicos (PQW) largos (W = 1000 6000 Å). Utilizou-se como técnica de transporte medidas da magnetoresistência em campo magnético intenso (B = 0 15 T) e inclinado ( = 0 90°; perpendicular paralelo), a baixas temperaturas (T = 50 mK). Observou-se, através da dependência angular das oscilações de Shubnikov de Haas ( = 0 90°), em PQWs cheios, várias sub-bandas ocupadas (5 a 8), a coexistência de estados de Landau 2D e 3D, sendo o gás 3D formado pelo colapso das sub-bandas elevadas, e o gás 2D pertencendo à primeira sub-banda. Através de cálculos do alargamento dos níveis de Landau devido ao espalhamento elástico ( = /2 , onde é o tempo quântico) e de cálculos auto-consistentes da energia de separação entre sub-bandas do PQW (ij = Ej Ei; e 12=12/2), obtiveram-se as condições 2 j-1,j para as sub-bandas elevadas j = 3,4,..., corroborando com as observações experimentais da coexistência de estados de Landau 2D e 3D no poço. Em PQWs parcialmente cheios, com apenas 2 sub-bandas ocupadas, observou-se, através do efeito do anticruzamento de níveis de Landau, de medidas da dependência angular da energia de ativação no regime de efeito Hall quântico, e de comparações com resultados de cálculos da estrutura eletrônica de PQWs em campo magnético inclinado, a coexistência de estados de Landau 2D e 3D, ocorrendo somente em campos intensos e com inclinação acentuada ( = 80 90°). Esta coexistência é diferente da mencionada anteriormente, quando od estados de Landau 3D são observados já em campo perpendicular. / The gradual progress, or evolution, of the two-dimensional (2D) toward three-dimensional (3D) Landau states was studied in wide parabolic quantum Wells (W = 1000 6000 Å). As transport technique, we used measurements of the magnetoresistence in intense (B = 0 15 T) and tilted ( = 0 90°; perpendicular parallel) magnetic Field at low temperature (T = 50 Mk). We observed in PQWs with Five to eight sub-bands occupied full well the coexistence of the 2D and 3D Landau states, through the angular dependence of the Shubnikov de Hass oscillation ( = 0 90°), where the 2D states belong to the lowest sub-band and the 3D states are formed by overlap of the other sub-bands. We calculated the level broadening due to the elastic scattering rate ( = /2 , where is the quantum time), and the energy separation between sub-bands (ij = Ej Ei; e 12=12/2). We obtained 2 j-1,j to j=3,4,... . This confirms the experimental observations of the coexistence of the 2D and 3D states in the well. We also measured PQWs partially full 2 sub-bands occupied. Experiments revel anticrossing of the Landau level (LL) belonging to the lowest sub-band and the last LL belonging to the second sub-band. Such antisrossuing occurs due to a decrease of the energy of the LL with tilt angle. This observation was supported by measurements of the angular dependence of the activation energy in the quantum Hall regime. In these measurements, we also observed the coexistence of the 2D and 3D Landau states. However, the coexistence only occurs at large tilt angles ( = 80 90°). Thus, it is different from the coexistence above mentioned, when 3D Landau states are observed already in the perpendicular magnetic field.