The electronic structure of the zero-gap two-dimensional graphene has a charge neutrality point exactly at the Fermi level that limits the practical application of this material. There are several ways to modify the Fermi-level-region of graphene, e.g. adsorption of graphene on different substrates or different molecules on its surface. In all cases the so-called dispersion or van der Waals interactions can play a crucial role in the mechanism, which describes the modification of electronic structure of graphene. The adsorption of water on graphene is not very accurately reproduced in the standard density functional theory (DFT) calculations and highly-accurate quantum-chemical treatments are required. A possibility to apply wavefunction-based methods to extended systems is the use of local correlation schemes. The adsorption energies obtained in the present work by means of CCSD(T) are much higher in magnitude than the values calculated with standard DFT functional although they agree that physisorption is observed. The obtained results are compared with the values available in the literature for binding of water on the graphene-like substrates. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

L'helium est le seul materiau qui reste dans son etat liquide sous sa pression de vapeur saturante aux plus basses temperatures. Il est ainsi le systeme ou les proprietes quantiques de l'etat liquide sont les plus evidentes. En effet, l'helium liquide sous sa pression de vapeur saturante au dessous d'une temperature Tl = 2.17 K presente des proprietes macroscopiques spectaculaires qui ont une nature quantique. On dit que l'helium presentant ces proprietes est dans la phase superfluide. De plus, ce systeme a T ~ 0 K presente un condense de Bose-Einstein en mesure du 10% environ des particules. La condensation de Bose-Einstein semble avoir lieu a la meme temperature ou se presente la superfluidite. L'etude de l'helium liquide confine dans des materiaux poreux devrait permettre de mieux comprendre le lien entre superfluidite et condensation de Bose-Einstein, qui, a l'heure actuelle, manque d'une description theorique satisfaisante. La realisation des experiences sur des echantillons d'helium confine est plutot difficile a cause de trois types de difficultes : la caracterisation des materiaux utilise s pour le confinement, la determination de l'etat thermodynamique de l'echantillon d'helium une fois confine et l'utilisation des systemes cryogeniques necessaires a la rea lisation des tres basses temperatures. Il faut d'abord choisir un materiau apte au confinement, c'est a dire avec des pores presentant une distribution de taille etroite autour d'une valeur petite. Il existent desormais des materiaux avec ces caracteristiques et on peut les obtenir avec une caracterisation par isothermes d'adsorption d'azote et diffraction de rayons X. Ensuite, il faut controler l'etat de remplissage du solide poreux. Pour cela, on a introduit une etape experimental supplementaire par rapport aux etudes conduites jusqu'a present: chaque materiau susceptible d'etre utilise pour le confine ment a ete etudie avec la technique des isothermes d'adsorption d'helium. De cette maniere on peut connaitre avec precision la quantite d'helium necessaire au remplissage des echantillon poreux, et on obtient aussi des information sur les phenomenes macroscopiques intervenant pendant le remplissage. En particulier il est possible de detecter la formation d'une phase liquide remplissant les pores, une fois que une ou deux couches d'helium ont ete adsorbees sur les surfaces. Ce phenomene s'appelle condensation capillaire. Cette phase est precisement celle qui nous interesse: une phase liquide confinee. Enfin, la realisation d'experiences aux tres basses temperatures peut entrainer la condensation d'helium liquide dans le tube d'injection. Quand ce phenomene se produit, on ne connait plus l'etat de remplissage des pores. L'utilisation d'une cellule speciale a permis de se passer du capillaire d'injection pour les etudes en fonction de la temperature: il s'agit d'une cellule remplie a conditions ambia ntes avec la correcte quantite d'helium. Deux techniques de diffusion inelastique de neutrons ont ete utilisees pour acceder respectivement a l'energie cinetique moyenne par particule et au spectre des excitations e lementaires. Les mesures d'energie cinetique ont ete menees avec le spectrometre eVS qui est un spectrometre a geometrie inverse utilisant des neutrons epithermiques (E ~ 10 eV). Dans les conditions experimentales, l'energie echangee est E ~ 5 eV et le vecteur d'onde echange est q ~ 100 A-1. Dans ces conditions, il s'avere valable l'approximation d'impulsion qui lie le facteur de structure dynamique (qui est la quantite mesuree) directement a la fonction de distribution des vitesses de l'echantillon. Ces mesures ont ete menees sur un echantillon d'helium confine dans le Vycor et ont montre une augmentation de l'energie cinetique moyenne par particule due au confinement. Ces mesures suggerent aussi que la condensation de Bose-Einstein se verifie a la meme temperature que la superfluidite dans le cas de l'helium confine dans le Vycor. Cela est en contraste avec ce qui avait ete suggere par une autre equipe qui avait conduit des mesures sur un echantillon de Vycor surrempli d'helium. L'effet observe par cette equipe peut etre du a la presence d'helium en volume autour de l'echantillon. Les mesures des excitations elementaires ont ete menees avec les spectrometres MIBEMOL et IN6 qui sont des spectrometres a geometrie directe, sur un echantillon d'helium confine dans des MCM-41. Les MCM-41 sont des materiaux presentant des pores cylindriques dont le diametre peut etre fait varier de facon controlee selon la methode de preparation entre 20 A et 10 0 A. Les MCM-41 choisis ont un diametre d'environ 32 A. Avec le spectrometre MIBEMOL on a etudie les excitations elementaires en fonction du remplissage et on a mis en evidence la correspondance entre le phenomene de condensation capillaire (detecte par isotherme d'adsorption) et la presence d'excitations typiques de l'etat liquide (les excitations appelees phonon-maxon-roton). Avec le spectrometre IN6 on a etudie les excitations elementaires en fonction de la temperature (0.4 < T < 1.8 K). Les excitations elementaires aux grandes longueur d'onde sont perturbees par le confinement d'une maniere compatible avec la geometrie du systeme. En particulier on peut mettre en relation les modes observes avec les fluctuations de densite longitudinales se propageant le long des pores cylindriques des MCM-41. Enfin, on observe aussi une largeur intrinseque (presente a la temperature de 0.4 K) du pic correspondant au ``roton''.

Les désintégrations semileptoniques du méson $B$ participent à la détermination de certains paramètres fondamentaux du Modèle Standard. Ce travail décrit essentiellement l'étude des deux canaux de désintégrations $B_s \to D_s \ell \bar\nu_\ell$ et $B\to D^{**} \ell\bar\nu_\ell$ (où les $D^{**}$ sont les premières excitations orbitales des mésons $D$ ayant une parité positive). Le cadre théorique est celui de la QCD sur réseau qui, en discrétisant l'espace-temps, permet de calculer non perturbativement les fonctions de Green de la théorie. En utilisant l'action à masse twistée avec deux saveurs dégénérées de quarks dynamiques ($N_f=2$), nous avons commencé par étudier la spectroscopie des états charmés scalaires $D_0^*$ et tenseurs $D_2^*$. Ensuite, nous avons réalisé la détermination du facteur de forme $G_s(1)$ décrivant le processus $B_s\to D_s \ell \bar\nu_\ell$ dans le Modèle Standard. Ce paramètre offre un moyen d'extraire l'élément de la matrice CKM $V_{cb}$. Par ailleurs, et pour la première fois en QCD sur réseau, nous avons déterminé les rapports $F_0(q^2)/F_+(q^2)$ et $F_T(q^2)/F_+(q^2)$ dans la région proche du recul nul: ces contributions sont en effet nécessaires afin de discuter ce canal de désintégration dans certains modèles au-delà du Modèle Standard. Enfin, une étude préliminaire du canal de désintégration $B\to D^{**}$ a été abordée où nous avons trouvé une valeur non nulle de l'élément de matrice décrivant la désintégration $B\to D_0^*$ à recul nul contrairement de ce qui est connu à la limite des quarks lourds. Dans le cas du $B \to D_2^*$, nos résultats ont montré un signal indiquant une différence par rapport aux prédictions de masse infinie. Ces calculs sont indispensables afin de tirer une conclusion plus solide concernant le ''puzzle 1/2 vs 3/2''.

Ce mémoire présente une étude théorique des propriétés de localisation de gaz de Bose avec interactions faibles, en présence de désordre uni-dimensionnel. Nous abordons trois aspects de ces systèmes désordonnés. En premier lieu, nous étudions le cas d'un gaz sans interactions. Des résultats généraux stipulent que tous les états à une particule sont localisés en une dimension. Nous montrons que pour certaines classes de désordre corrélé, la dépendance de la longueur de localisation des atomes vis-à-vis de leur énergie est marquée par d'abruptes transitions à faible désordre. Ceci permet l'interprétation de résultats expérimentaux récents, au-delà des analyses précédentes. Dans un deuxième temps, nous étudions l'état fondamental d'un gaz avec interactions répulsives, et établissons un diagramme des états quantiques du système en fonction de l'amplitude du désordre et des interactions. Nous analysons les modulations de densité imposées au gaz par le désordre afin de décrire le passage du régime de condensat de Bose-Einstein délocalisé à celui de condensat fragmenté. Pour le régime des très faibles interactions, nous développons une description microscopique du système sur la base des états propres de basse énergie du hamiltonien à une particule. Ces résultats contribuent à la caractérisation de la phase de verre de Bose encore peu explorée aux faibles interactions. Enfin, nous étudions la localisation des excitations élémentaires du gaz de Bose dans le régime de (quasi-) condensat. Nous montrons que la localisation réduite des excitations de plus faible énergie est imputable à un écrantage efficace par le (quasi-) condensat des variations de grande longueur d'onde du potentiel extérieur.

Les désintégrations semileptoniques du méson $B$ participent à la détermination de certains paramètres fondamentaux du Modèle Standard. Ce travail décrit essentiellement l'étude des deux canaux de désintégrations $B_s \to D_s \ell \bar\nu_\ell$ et $B\to D^{**} \ell \bar\nu_\ell$ (où les $D^{**}$ sont les premières excitations orbitales des mésons $D$ ayant une parité positive). Le cadre théorique est celui de la QCD sur réseau qui, en discrétisant l'espace-temps, permet de calculer non perturbativement les fonctions de Green de la théorie. En utilisant l'action à masse twistée avec deux saveurs dégénérées de quarks dynamiques ($N_f=2$), nous avons commencé par étudier la spectroscopie des états charmés scalaires $D_0^*$ et tenseurs $D_2^*$. Ensuite, nous avons réalisé la détermination du facteur de forme $\mathscr G_s(1)$ décrivant le processus $B_s\to D_s \ell \bar\nu_\ell$ dans le Modèle Standard. Ce paramètre offre un moyen d'extraire l'élément de la matrice CKM $V_{cb}$. Par ailleurs, et pour la première fois en QCD sur réseau, nous avons déterminé les rapports $F_0(q^2)/F_+(q^2)$ et $F_T(q^2)/F_+(q^2)$ dans la région proche du recul nul: ces contributions sont en effet nécessaires afin de discuter ce canal de désintégration dans certains modèles au-delà du Modèle Standard. Enfin, une étude préliminaire du canal de désintégration $B\to D^{**}$ a été abordée où nous avons trouvé une valeur non nulle de l'élément de matrice décrivant la désintégration $B\to D_0^*$ à recul nul contrairement de ce qui est connu à la limite des quarks lourds. Dans le cas du $B \to D_2^*$, nos résultats ont montré un signal indiquant une différence par rapport aux prédictions de masse infinie. Ces calculs sont indispensables afin de tirer une conclusion plus solide concernant le ''puzzle 1/2 vs 3/2''

Notre étude démontre que les sujets dépressifs unipolaires et bipolaires, présentent une difficulté de régulation des flux excitatifs découlant de la défaillance de la fonction pare-excitative, nommée dans notre travail, « défaillance du contenant psychique ». Nous la mettons en relief à partir de la cotation de trente protocoles de Rorschach à l’aide d’un indice de régression, élaboré pour notre recherche. Nous réalisons, en complément, une étude prospective des notes T à trente échelles et sous-échelles du MMPI-2 de ces mêmes sujets. Nous y relevons certaines constantes en note T, caractérisant en fréquence cette population dépressive, dont une constante en note basse à l’échelle Force du Moi. Nous utilisons ces résultats cliniques pour argumenter l’intérêt d’une prise en charge thérapeutique à partir d’un dispositif basé sur un tissage de médiations groupales, comme voie de restauration du contenant psychique internalisé et de sa fonction pare-excitative. / Our study demonstrates that unipolar and bipolar depressed subjects present a difficulty of excitement flows regulation, arising from the failure of the pare-excitations function, named in our research: "psychic container failure". We highlight this malfunction by the cotation of thirty Rorschach protocols, using a regression index, developed for our research. We carry out a prospective study in complementary from the notes of the scales and subscales of the Minnesota Multiphasic Personality Inventory 2 of these subjects. We identify the constants, low notes, and elevations, appearing frequently and significantly in this population, which is a constant low note to Ego Strength Scale. We use these results to point out the value of therapeutic support based on groupal mediations as way to restore the internalized psychic protective shield.

Submitted by Haroudo Xavier Filho (haroudo.xavierfo@ufpe.br) on 2016-04-14T16:39:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) tese_final_biblioteca.pdf: 10701235 bytes, checksum: 1af9d6bb745e78ea9fe6b261b7baa59c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-14T16:39:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) tese_final_biblioteca.pdf: 10701235 bytes, checksum: 1af9d6bb745e78ea9fe6b261b7baa59c (MD5) Previous issue date: 2015-05-08 / Nesta tese tratamos teoricamente algumas propriedades magnéticas e excita c~oes de spins em materiais ferromagn eticos e antiferromagn eticos com o objetivo de interpretar as medidas e observa c~oes experimentais. Usamos a formula c~ao de ondas de spins de Holstein-Primako para investigar propriedades da din^amica de propaga c~ao de ondas de spins no material ferrimagn etico YIG e tamb em no sistema antiferromagn etico FeF2. Para cada um deles, desenvolvemos modelos te oricos que permitiram ajustar as rela c~oes de dispers~ao de ondas de spins medidas experimentalmente nesses. Al em disso, investigamos a renormaliza c~ao da energia de m agnons usando o formalismo das fun c~oes de Green de dois tempos dependentes da temperatura de Bogoliubov-Tyablikov. A aplica c~ao para o YIG, permitiu calcular as varia c~oes da rela c~ao de dispers~ao para m agnons com a temperatura. Tamb em se investigou a renormaliza c~ao da energia de m agnons no sistema FeF2, mas esta vez considerando uma aproxima c~ao do tipo RPA1. Na renormaliza c~ao da energia foram consideradas duas contribui c~oes: exchange isotr opica tipo Heisenberg e anisotropia uniaxial. Em nossas considera c~oes, foi inclu da a depend^encia com a temperatura da anisotropia uniaxial que permitiu estimar o campo critico de transi c~ao de spin- op para o limite de estabilidade da fase antiferromagn etica. Tamb em, foi feito um estudo te orico e experimental da anisotropia magneto cristalina do material antiferromagn etico RbMnF3, baseado nas intera c~oes de campo cristalino e intera c~ao de spin- orbita, com o objetivo de calcular a varia c~ao com a temperatura do campo de spin- op. As ondas de spins em YIG foram estudadas em mais detalhes calculando as taxas de relaxa c~ao por processos de espalhamento de 3-m agnons e 4-m agnons. Igualmente foram estimadas empregando campos magn eticos intensos da ordem de 102 kOe. Finalmente, estudamos propriedades t ermicas de transporte de m agnons em YIG submetido a campos magn eticos intensos. Calculamos o calor 1Random Phase Approximation especi co de m agnons e a condutividade t ermica em baixas temperaturas e campos magn eticos externos intensos para serem comparados com as medidas experimentais encontrando um bom acordo entre teoria e experimento [145] / In this thesis we theoretically treat some magnetic properties and excitations of spins in ferromagnetic and antiferromagnetic materials in order to interpret measurements and experimental observations. We use the formulation of quantization of spin waves of Holstein-Primako to investigate properties of the spin wave propagation dynamics in the ferrimagnetic material YIG and also in the antiferromagnetic system FeF2. For each of them, we have developed theoretical models to adjust the dispersion relations of spin waves measured experimentally in these systems. In addition, we investigated the magnon energy renormalization using the formalism of two-time temperature dependent Green's functions of Bogoliubov-Tyablikov. The application for the YIG allowed calculate the variation of the dispersion relation for magnons with temperature. We also investigate the magnon energy renormalization in the system FeF2, but this time considering an approximation of the RPA type. In the energy renormalization were considered two contributions: exchange isotropic Heisenberg and uniaxial anisotropy type. In our calculations the temperature dependence of the uniaxial anisotropy eld allows estimating the critical spin- op transition for the antiferromagnetic phase stability limit. Also, we have undertaken a theoretical and experimental study of the magneto crystalline anisotropy of the antiferromagnetic material RbMnF3, based on the crystal eld interactions and spin-orbit interaction, in order to calculate the variation with temperature of the eld spin- op. The spin waves in YIG were studied in more detail calculating the relaxation rate due to 3-magnons and 4-magnons scattering processes considering strong magnetic elds of hundreds of kOe. Finally, we have studied thermal transport properties of magnons in YIG subject to intense magnetic elds. We have, calculate of the speci c heat and thermal conductivity of magnons at low temperatures and high elds to compare with the experimental measurements nding a good agreement between theory and experiment [145].

The electronic structure of the zero-gap two-dimensional graphene has a charge neutrality point exactly at the Fermi level that limits the practical application of this material. There are several ways to modify the Fermi-level-region of graphene, e.g. adsorption of graphene on different substrates or different molecules on its surface. In all cases the so-called dispersion or van der Waals interactions can play a crucial role in the mechanism, which describes the modification of electronic structure of graphene. The adsorption of water on graphene is not very accurately reproduced in the standard density functional theory (DFT) calculations and highly-accurate quantum-chemical treatments are required. A possibility to apply wavefunction-based methods to extended systems is the use of local correlation schemes. The adsorption energies obtained in the present work by means of CCSD(T) are much higher in magnitude than the values calculated with standard DFT functional although they agree that physisorption is observed. The obtained results are compared with the values available in the literature for binding of water on the graphene-like substrates. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

In the investigation of correlated electron systems which are characterized by strong spin-orbit coupling, one of the central challenges is the description of the complex interplay of different microscopic energy scales and the elucidation of its influence on the formation of exotic electronic phases like complex ordering phenomena and superconductivity. In the present thesis, exemplary three case studies of iridium-based compounds are presented, in which the effects of such an interplay have been investigated employing state-of-the-art synchrotron-based techniques. The particular focus is set on experimental possibilities to influence this equilibrium utilizing external parameters. In the first study, magnetic excitations are investigated in iridate double perovskites, which exhibit a nonmagnetic ground state. Upon increasing the influence of kinetic contributions, the potential condensation of these excitations is predicted to drive a novel kind of magnetic transitions, called ’excitonic magnetism’. A comprehensive investigation of the dynamics of these excitations via resonant inelastic x-ray scattering allows for an estimation of the relevant energy scales. These results indeed reveal that the influence of kinetic contributions is too small to drive such a transition under ambient conditions. Therefore the influence of excitonic magnetism on the macroscopic properties of the investigated compounds can be excluded. In the second case, the development of a new experimental setup is presented, facilitating the investigation of complex ordering phenomena at low temperatures as a function of pressure via resonant elastic x-ray scattering. This setup has been developed and implemented as part of this work in strong collaboration with the staff of the beamline P09 at the synchrotron PETRAIII (DESY). The functionality of this setup has been illustrated by measurements of the resonant magnetic x-ray scattering in the spin-orbit coupled Mott-insulator Sr 2IrO4. Since the magnetic ground state and magnetic order in iridates result from a complex interplay of different microscopic energy scales, these systems are particularly susceptible to external influences like hydrostatic pressure. In the third case, structural phase transitions are investigated in the iridium-based dichalcogenide IrTe2. Despite the macroscopic itinerant properties of IrTe2, the phase transitions are characterized by the formation of strongly localized states. These transitions have been investigated in the course of this work using single crystal x-ray diffraction experiments as a function of hydrostatic pressure and temperature. The presented experimental data show that these strongly localized states are stabilized with increasing pressure, which is observed as an increased density of Ir-Ir dimer bonds.

Nous proposons, par voie théorique, une sonde ayant la capacité de détecter et de caractériser les états de surface d'une chaîne Su-Schrieffer-Heeger (SSH). Cette sonde consiste d’un qubit interagissant avec un environnement, et exploite le phénomène de la décohérence afin de retirer de l’information sur l’environnement. Une approximation de faible couplage permet de démontrer analytiquement que le taux de décohérence du qubit est proportionnel à la densité d’états locale de l’environnement. Dans le cas d’un environnement possédant des états discrets, une mesure de la densité d’états locale peut être équivalente à une mesure de l’amplitude d’un état, permettant donc une caractérisation spatiale des états de l’environnement. Un système tripartite consistant d'un qubit couplé à une chaîne SSH discrète muni de canaux conducteurs aux extrémités est étudié afin de valider l’utilité de la sonde pour inférer et caractériser les états de surface. L’espace des paramètres de la sonde est discuté en détail. En étudiant l’impact du couplage des canaux conducteurs, nous notons l’émergence d’états de type-surface sur des sites interdits ainsi que dans des phases topologiques ne supportant pas d’états de surface dans le modèle SSH isolé. Ces excitations, que nous appelons états fantômes, apparaissent dû à un décalage des frontières de la chaîne SSH. / We propose a novel probe with the ability to detect topological edge states in lowdimensional materials. This probe, consisting of a qubit interacting with a system of interest, utilizes the dynamics of decoherence to study the qubit’s environment. We show analytically that, under a weak-coupling approximation, the decoherence rate of the qubit is proportional to the local density of states of the environment. In studying environments featuring finite subsystems with discrete states, the local density of states mapped by the qubit probe can extract state amplitude profiles, resulting in a full spatial characterization of states. We explicitly study a tripartite system consisting of a qubit coupled to a finite SSH chain with conducting leads attached to each end and demonstrate the probe’s ability to infer the presence of, and characterize, edge states. The parameter space of the probe is studied. Notably, we show the lead coupling strength effectively shifts the SSH chain boundaries resulting in emergent edge-type states, dubbed ghost states, with support on sites which are forbidden in an isolated SSH chain for a given topological phase.