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We present a study on perpendicular magnetic tunnel junctions with W as buffer and capping layers. A tunneling magnetoresistance of 138% and an interfacial magnetic anisotropy of 1.67 erg/cm(2) were obtained in optimally annealed samples. However, after extended annealing at 420 degrees C, junctions with W layers showed extremely small resistance due to interdiffusion of W into the MgO barrier. In contrast, in Ta-based junctions, the MgO barrier remained structurally stable despite disappearance of magnetoresistance after extended annealing due to loss of perpendicular magnetic anisotropy. Compared with conventional tunnel junctions with in-plane magnetic anisotropy, the evolution of tunneling conductance suggests that the relatively low magnetoresistance in perpendicular tunnel junctions is related to the lack of highly polarized Delta(1) conducting channel developed in the initial stage of annealing. Published by AIP Publishing.

The temperature and field dependence of the magnetization of epitaxial, undoped anatase TiO2 thin films on SrTiO3 substrates was investigated. Low-energy ion irradiation was used to modify the surface of the films within a few nanometers, yet with high enough energy to produce oxygen and titanium vacancies. The as-prepared thin film shows ferromagnetism which increases after irradiation with low-energy ions. An optimal and clear magnetic anisotropy was observed after the first irradiation, opposite to the expected form anisotropy. Taking into account the experimental parameters, titanium vacancies as di-Frenkel pairs appear to be responsible for the enhanced ferromagnetism and the strong anisotropy observed in our films. The magnetic impurities concentrations was measured by particle-induced X-ray emission with ppm resolution. They are ruled out as a source of the observed ferromagnetism before and after irradiation.

Compressional and shear wave velocity and attenuation measurements were obtained in the laboratory from 50 mm diameter, cylindrical, limestone core samples over a confining pressure range of 5 – 60 MPa. Normal and tangential fracture compliance values, as a function of confining pressure, were calculated for a single fracture cut perpendicular to the long axis of the core. The ratio of the normal to tangential compliance was approximately 0.4 and was independent of the applied stress. Values of normal and tangential fracture compliance calculated were of the order 10^-14 m/Pa, and decreased with an increase in confining pressure. Both Q^-1</sup>_P and Q^-1</sup>_S1/Qs were shown to be small for these samples. A borehole test site was constructed in a Carboniferous limestone quarry, at Tytherington, situated north of Bristol, UK. This quarry was chosen because the rock type was fairly homogeneous and the fractures could be mapped in the quarry walls as well as down three, 40 m vertical boreholes drilled in-line in the quarry floor. Wireline logs were obtained in all the holes and a seismic crosshole survey was carried out between the two outermost boreholes. An estimate of in-situ normal fracture compliance, Z_N, was obtained from the log and crosshole data, in 4 different ways, using effective medium theories as well as the displacement discontinuity theory. An additional estimate of Z_N was obtained from a separate borehole test site constructed in fractured Devonian meta-sediments at Reskajeage, Cornwall, UK. These fractures were much larger in size than those observed at Tytherington quarry. From the above field and laboratory measurements, fracture compliance was shown to increase approximately linearly with the size of the fractures. In addition, a study of crosshole seismic attenuation was performed at Tytherington quarry. Q was found to be frequency dependent. This frequency dependence was interpreted as being due to scattering rather than intrinsic attenuation.

Many solids have Fermi surfaces which are approximated as ellipsoids. A comprehensive solution for the magnetoconductivity of an ellipsoid is obtained which proves the existence of a relaxation time tensor which can be anisotropic and which is a function of energy only.

Dans l'industrie nucléaire, les composants en alliages de zirconium (Zr) sont utilisés comme éléments de structure dans les assemblages combustibles. La fabrication de ces éléments, leur utilisation en Réacteur à Eau Pressurisée (REP) et leur stockage avant retraitement induisent, entre autres, des sollicitations thermo-mécaniques complexes. Ce travail, grâce à une approche expérimentale multi-échelles, propose de mieux préciser les mécanismes de déformation qui sont à considérer. Pour cela, nous avons mené, sur des échantillons prélevés sur des composants en alliage de Zr destinés à être utilisés en REP, des essais mécaniques (fluage, traction, relaxation) et, d'autre part, des caractérisations microstructurales. Des essais de fluage multiaxial ont ainsi permis de mettre en évidence une anisotropie de comportement, dont l'origine physique a été montrée au moyen d'analyses en diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) et d'observations en Microscopie Electronique en Transmission (MET). Par une démarche similaire, nous avons aussi identifié la nature des mécanismes accommodant la déformation à l'échelle du grain et à celle du polycristal. Ainsi, les incompatibilités de déformation intergranulaires et les cinétiques d'écoulement viscoplastiques identifiées expérimentalement s'expliquent par l'intervention de processus de traînage d'espèces en solutions par les dislocations, ainsi que l'activation locale de vieillissement dynamique. Enfin, nous avons esquissé des pistes pour l'utilisation de ces résultats dans des modélisations numériques. / In the nuclear industry, zirconium (Zr) based alloys are used as core structural materials in Pressurized Water Reactors (PWRs). The manufacturing of those components, and their environment during or after their use in PWRs induce complex thermo-mechanical loadings. This work, through a multi-scale experimental approach, proposes to focus on the deformation mechanisms that occur during those loadings. Using samples taken from Zr alloy components, we carried out different mechanicals tests (creep tests, tensile tests, relaxation tests) and microstructural characterizations. Results of multiaxial creep tests were correlated to Transmission Electron Microscope (TEM) observations and Electron BackScattered Diffraction (EBSD) analyses. Therefore, the macroscopic creep anisotropy was related to the physical mechanisms observed at the dislocation scale and during mesoscopic measurements. Our conclusions also show that the viscoplastic properties obtained experimentally match a control of dislocation mobility by solute species dragging processes. Further, the intergranular strain incompatibilities that we observed could be explained by local activations of dynamic strain ageing mechanisms. Finally, we used our results to suggest improvements on physically-based modelling techniques.

Alors que la microscopie super-résolue a apporté une amélioration considérable en imagerie des assemblages moléculaires dans les milieux biologiques à l'échelle nanométrique, son extension à l'imagerie de l'orientation moléculaire, utilisant l'anisotropie de fluorescence, n'a pas encore été complètement explorée. Apporter une information sur l'orientation moléculaire à l'échelle nanométrique aurait un intérêt considérable pour la compréhension des fonctions biologiques. Dans cette thèse, nous proposons une technique de microscopie super-résolution résolue en polarisation, capable d'imager les comportements d'orientation moléculaire dans des environnements statiques et dynamiques, dans le but de rapporter une information structurale à l'échelle de la molécule unique et à des échelles spatiales nanométriques. En utilisant la microscopie par reconstruction stochastique (dSTORM) en combinaison avec une détection polarisée, des images d'anisotropie de fluorescence sont reconstruites avec une résolution spatiale de quelques dizaines de nanomètres. Nous analysons numériquement le principe de la méthode en combinaison avec des modèles des mécanismes d'orientation moléculaire. Enfin, nous proposons une technique alternative basée sur l'émission de molécules uniques en fluctuations stochastiques: l'imagerie super-résolue polarisée par fluctuations (polar-SOFI), et comparons cette approche avec la précédente. Nous illustrons les deux techniques pour l'imagerie de l'ordre moléculaire dans des fibres de stress d'actine et de tubuline dans des cellules fixées, des fibres d'ADN et des fibrilles d'amyloïde à base d'insuline. / While super-resolution microscopy has brought a significant improvement in nanoscale imaging of molecular assemblies in biological media, its extension to imaging molecular orientation using fluorescence anisotropy has not yet been fully explored. Providing orientational order information at the nanoscale would be of considerable interest for the understanding of biological functions since they are intrinsically related to structural fundamental processes such as in protein clustering in cell membranes, supra-molecular polymerization or aggregation. In this thesis, we propose a super-resolution polarization-resolved microscopy technique able to image molecular orientation behaviors in static and dynamic environments, in order to report structural information at the single molecule level and at nanometric spatial scale. Using direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy (dSTORM) in combination with polarized detection, fluorescence anisotropy images are reconstructed at a spatial resolution of a few tens of nanometers. We analyze numerically the principle of the method in combination with models for orientational order mechanisms, and provide conditions for which this information can be retrieved with high precision in biological samples based on fibrillar structures. Finally, we propose an alternative technique based on stochastic fluctuations of single molecules: polarized super-resolution optical fluctuation imaging (polar-SOFI), and compare this approach with the previous one. We illustrate both techniques on molecular order imaging in actin stress fibers and tubulin fibers in fixed cells, DNA fibers and insulin amyloid fibrils.

The uppermost crustal velocity structure of the Goldstream Valley, central Alaska is investigated using a series of five explosions that were detonated in schist bedrock and recorded at >120 local stations to develop 1-D and 3-D models of the upper crust. Simple refraction analyses reveal that both P- and S-wave arrival times are azimuth dependent, with the fastest velocities in the southeast and northeast directions. The Swave velocity structure of the upper crust is also determined through multiple filter analysis and a damped, least squares inversion of 0.2-2 sec period Rg waves. The shear wave velocity model from the surface-wave analysis is combined with the refraction analysis results to develop 1-D P- and S-wave models to a depth of 2 km. In order to better constrain P- and S-wave velocity variations both laterally and with depth throughout the Goldstream Valley, 3-D velocity models are produced using a numerical simulation model. / Thesis (MS) — Boston College, 2008. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Geology and Geophysics.

Les résultats présentés dans ce document portent sur les anisotropies sismique et électrique d'un massif calcaire fracturé dans des galeries parallèles souterraines. Les fractures étant orientées verticalement, leurs propriétés sont approximées par isotropie transverse horizontale (HTI). Plusieurs méthodes d'inversion ont été étudié pour traiter les données sismiques (temps d’arrivée des ondes P et S); et pour traiter les données de résistivité électrique mesuré dans une configuration pôle-pôle (valeur de potentiel mesuré).Pour traiter les données sismiques (quatre campagnes), les méthodes étudiées dans ce document sont: une tomographie isotrope, une approximation de cosinus, une inversion anisotrope basée sur l'algorithme Monte-Carlo pour les paramètres de la matrice de rigidité (de l'isotropie transverse horizontale) et une tomographie anisotrope pour un milieu avec une isotropie transverse inclinée. Toutes les méthodes conduisent à la conclusion qu'il y a effectivement une anisotropie présente dans le massif rocheux et confirment la direction de la vélocité maximale parallèle à la direction de la fracturation. Une forte anisotropie de 15 % est présente dans la zone étudiée.Pour traiter les données électriques (deux campagnes), les méthodes étudiées sont une approximation de cosinus et une inversion anisotrope basée sur l'algorithme Monte-Carlo pour les paramètres de résistivité transversale ρT, de résistivité longitudinale ρL et de l'angle d'orientation du modèle par rapport au système de référence. La présence à 180° de deux maxima de résistivité apparente par rapport à l'azimut de mesure ne peuvent être modélisés par des approches conventionnelles. Une modélisation conceptuelle d'un maillage des fils conducteurs dans un milieu non conducteur a été développé et montre des résultats prometteurs, avec le succès de la modélisation des deux maxima.Des mesures répétées montrent de légères variations de résistivité apparentes et des variations des ondes P. Les variations des ondes S ne sont pas prononcés, ce qui reflète un changement de la saturation en eau. La porosité de 10-15% est estimé à partir des mesures sismiques. / Les résultats présentés dans ce document portent sur les anisotropies sismique et électrique d'un massif calcaire fracturé dans des galeries parallèles souterraines. Les fractures étant orientées verticalement, leurs propriétés sont approximées par isotropie transverse horizontale (HTI). Plusieurs méthodes d'inversion ont été étudié pour traiter les données sismiques (temps d’arrivée des ondes P et S); et pour traiter les données de résistivité électrique mesuré dans une configuration pôle-pôle (valeur de potentiel mesuré).Pour traiter les données sismiques (quatre campagnes), les méthodes étudiées dans ce document sont: une tomographie isotrope, une approximation de cosinus, une inversion anisotrope basée sur l'algorithme Monte-Carlo pour les paramètres de la matrice de rigidité (de l'isotropie transverse horizontale) et une tomographie anisotrope pour un milieu avec une isotropie transverse inclinée. Toutes les méthodes conduisent à la conclusion qu'il y a effectivement une anisotropie présente dans le massif rocheux et confirment la direction de la vélocité maximale parallèle à la direction de la fracturation. Une forte anisotropie de 15 % est présente dans la zone étudiée.Pour traiter les données électriques (deux campagnes), les méthodes étudiées sont une approximation de cosinus et une inversion anisotrope basée sur l'algorithme Monte-Carlo pour les paramètres de résistivité transversale ρT, de résistivité longitudinale ρL et de l'angle d'orientation du modèle par rapport au système de référence. La présence à 180° de deux maxima de résistivité apparente par rapport à l'azimut de mesure ne peuvent être modélisés par des approches conventionnelles. Une modélisation conceptuelle d'un maillage des fils conducteurs dans un milieu non conducteur a été développé et montre des résultats prometteurs, avec le succès de la modélisation des deux maxima.Des mesures répétées montrent de légères variations de résistivité apparentes et des variations des ondes P. Les variations des ondes S ne sont pas prononcés, ce qui reflète un changement de la saturation en eau. La porosité de 10-15% est estimé à partir des mesures sismiques.