In narrow electron bands in which the Coulomb interaction energy becomes comparable to the bandwidth, interactions can drive new quantum phases. In this dissertation, we achieve narrow bands by twisting two atomically thin layers of the semiconducting van der Waals material WSe₂. The resulting moiré potential from the twist angle modulates the electronic bands, yielding minibands of tens of meV on the valence band. We perform transport measurements at cryogenic temperatures and observe signatures of collective phases over twist angles that range from 4 to 5.1°. At half-band filling, a correlated insulator appeared that is tunable with both twist angle and displacement field. Near the boundary between ordered and disordered quantum phases, several experiments have demonstrated metallic behaviour that defies the Landau Fermi paradigm. We find that the metal-insulator transition as a function of both density and displacement field is continuous. At the metal–insulator boundary, the resistivity displays strange metal behaviour at low temperatures, with dissipation comparable to that at the Planckian limit. Further into the metallic phase, Fermi liquid behaviour is recovered at low temperature, and this evolves into a quantum critical fan at intermediate temperatures, before eventually reaching an anomalous saturated regime near room temperature. An analysis of the residual resistivity indicates the presence of strong quantum fluctuations in the insulating phase. We further show via magnetotransport measurements that new correlated electronic phases can exist independent of moiré commensurability, and are instead driven by weak interactions in twisted WSe₂. The first of these phases is an antiferromagnetic metal that is driven by proximity to the van Hove singularity (vHS), which trails a range of incommensurate dopings. The temperature, magnetic field and density dependence of the Hall effect carry signatures of the reconstructed Fermi surface due to itinerant magnetic ordering. The second is an excitonic metal-insulator phase that exists at high external magnetic field in the vicinity of half-filling of the moiré superlattice. For a 4.2° sample, magnetic field dependence of the longitudinal resistance shows metallic behavior at fields above 5 T, but transitions to an insulating state above ∼ 24 T. A detailed analysis of of the Landau fans and the high field 𝝆_𝜘𝛾 near the gap rules out the possibility of a trivial insulator. We propose an Ising excitonic insulator as the most likely scenario. Moreover, in the electron-imbalanced excitonic metal, a set of correlated Landau levels emerge. The observation of tunable collective phases in a simple band, which hosts only two holes per unit cell at full filling, establishes twisted bilayer transition metal dichalcogenides as an ideal platform to study correlated physics in two dimensions on a triangular lattice.

Das Forschungsgebiet der Kuprat- oder Hochtemperatursupraleiter (HTSL) ist bis heute einer der lebendigsten Bereiche der Physik kondensierter Materie. Ein besonderer Stellenwert kommt dem normalleitenden Zustand oberhalb TC zu, dessen Verständnis wesentlich zu einer Theorie der Hochtemperatur-Supraleitung beitragen könnte. Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der Elektronenstruktur von HTSLn der Bi2Sr2CaCu2O8+[delta](Bi2212)-Familie nahe der Fermifläche im normalleitenden Zustand. Die Experimente wurden mittels winkelaufgelöster Photoemissionsspektroskopie (ARPES) durchgeführt, wobei die hohe Auflösung in Energie und Impuls recht genaue Rückschlüsse auf die Spektralfunktion und die Übergangs-Matrixelemente erlaubt. Die wichtigsten experimentellen Ergebnisse sind: 1) Hochaufgelöste ARPES-Fermiflächenkarten von Bi2212 und (Pb,Bi)2212 zeigen folgendes Bild: Die Hauptfermifläche ist lochartig und um die Ecken der Brillouinzone zentriert. Weiterer Bestandteil der Elektronenstruktur ist die Schattenfermifläche. Bei reinem Bi2212 treten außerdem extrinsische Beugungskopien der Fermifläche auf. 2) ARPES-Messungen entlang der -M-Richtung von Bi2212 zeigen eine starke Abhängigkeit von der Anregungsenergie, die auf starken Matrixelement-Effekten beruht. Verschiedene Methoden zur Bestimmung von kF zeigen, dass die Daten konsistent mit einer lochartigen Topologie der Hauptfermifläche sind. Des Weiteren wird die Qualität verschiedener Methoden zur Bestimmung von kF bei starken Matrixelement-Effekten bewertet. 3) Die Hauptfermifläche von (Pb,Bi)2212 behält ihre lochartige Topologie über einen großen Dotierungsbereich nahe optimaler Dotierung. 4) Erste hochaufgelöste ARPES-Messungen des Zirkulardichroismus wurden an (Pb,Bi)2212 durchgeführt. In der verwendeten nicht-chiralen Messanordnung wird ein CDAD (Circular Dichroism in the Angular Distribution of Photoelectrons)-Effekt beobachtet, dessen Asymmetrie antisymmetrisch bezüglich der Zweischicht-aufgespaltenen Zustände ist.

Le Large Area Telescope (LAT) à bord du satellite Fermi, lancé le 11 Juin 2008, est sensible au rayonnement gamma de20 MeV à plus de 300 GeV. 148 pulsars gamma à ce jour ont été détectés avec le Fermi-LAT, dont 117 sont détaillés dansle Deuxième Catalogue de Pulsars gamma de Fermi (2PC). Les pulsars forment la plus grande classe de sources au GeVdans la Voie Lactée. Les études de pulsars gamma apportent des contraintes importantes sur les modèles d’émission gamma etpermettent des percées dans notre compréhension des pulsars.Cette thèse présente des détections de sept pulsars gamma faibles déjà connus en radio, dont quatre jeunes ou d’âgesmoyens et trois millisecondes (MSP). L’analyse spectrale et la caractérisation des courbes de lumiére sont décriteset comparées à la population de 2PC. Ces détections ont l’intérêt particulier de sonder et d’étendre l’espace desparamètres de la population actuelle. Elles illustrent la distorsion inhérente dans 2PC et marquent la transition de lapremière phase (pulsars brillants) à la seconde phase (pulsars faibles) d’opération de Fermi. Le développement desmodèles théoriques et un recensement complet de la population galactique des étoiles à neutrons bénéficieront de plusde détections de pulsars faibles dans les années à venir.Certains pulsars gamma dans 2PC manifestant de grande efficacité gamma sont étudiés dans cette thèse. L’examen desdifférents paramètres qui influencent l’efficacité conduit à quelques candidats pour lesquels un plus grand momentd’inertie est nécessaire afin de résoudre le paradoxe de grande efficacité. Les observations de Fermi en rayons gamma ontl’air à apporter des contraintes indépendantes sur le moment d’inertie et les équations d’état des étoiles à neutrons. / The Large Area Telescope (LAT) on board the Fermi satellite, launched on June 11 2008, is sensitive to g raysfrom 20 MeV to over 300 GeV. gamma-ray pulsations from 148 pulsars to date have been detected with the Fermi-LAT, 117are detailed in the Second Fermi-LAT Gamma-ray Pulsar Catalog (2PC). Pulsars are by far the largest GeV sourceclassin the Milky Way. Studies of the increasing gamma-ray pulsar sample bring important constraints on theoretical gamma-rayemission models and enable breakthroughs in our understanding of pulsars.This thesis presents detections of seven faint gamma-ray pulsars that are already known at radio wavelengths, includingfour young or middle aged pulsars and three millisecond pulsars (MSPs). Spectral analysis and light curve characterizationsare detailed and compared to the 2PC sample. These detections have the special interest of allowing us toprobe and extend the parameter space of the current population. They illustrate the inherent bias in 2PC and mark thetransition from the early part (bright pulsars) to the later part (faint pulsars) of the Fermi mission. Theoretical modeldevelopments and a complete census of Galactic neutron star populations will benefit from more detections of weakpulsars in the years to come.Some high gamma-ray efficiency pulsars in 2PC are studied in this thesis. Investigations on different parameters whichinfluence the efficiency result in a few candidates for which a large moment of inertia is necessary to cure the highefficiency paradox. Fermi gamma-ray observations seem to bring independent constraints on the moment of inertia andequations of state of neutron stars

Le satellite Fermi a été lancé le 11 juin 2008, avec à son bord le Large Area Telescope (LAT). Le LAT est un télescope sensible au rayonnement ? de 20 MeV à plus de 300 GeV. Avant la mise en service du LAT, six pulsars jeunes et énergétiques étaient connus dans le domaine ? . Le nombre de détections de pulsars par le LAT prédit avant lancement était de plusieurs dizaines au moins. Le LAT permettait également l’étude des pulsars milliseconde (MSPs), jamais détectés avec certitude à très haute énergie jusqu’alors. Cette thèse aborde dans un premier temps la campagne de chronométrie des pulsars émetteurs radio et/ou X, candidats à la détection par le LAT, en collaboration avec les grands radiotélescopes et télescopes X. Cette campagne a permis la recherche de signaux ? pulsés avec une grande sensibilité. En outre, la plupart des MSPs galactiques ont été suivis dans le cadre de cette campagne, sans biais de sélection a priori sur cette population d’étoiles. Pour la première fois, des pulsations ont été détectées pour huit MSPs galactiques au-dessus de 100 MeV. Quelques bons candidats à une détection prochaine apparaissent. Une recherche similaire a été conduite pour des MSPs d’amas globulaires, sans succès à présent. L’analyse des courbes de lumière et des propriétés spectrales des huit MSPs détectés révèle que leur rayonnement ? est relativement similaire à celui des pulsars ordinaires, et est vraisemblablement produit dans la magnétosphère externe. Cette découverte suggère que certaines sources non-identi?ées sont des MSPs, pour l’instant inconnus. / The Fermi observatory was launched on June 11, 2008. It hosts the Large Area Telescope (LAT), sensitive to ? -ray photons from 20 MeV to over 300 GeV. Before the LAT began its activity, six young and energetic pulsars were known in ? rays. At least several tens of pulsar detections by the LAT were predicted before launch. The LAT also allowed the study of millisecond pulsars (MSPs), never ?rmly detected in ? rays before Fermi. This thesis ?rst presents the pulsar timing campaign for the LAT, in collaboration with large radiotelescopes and X-ray telescopes, allowing for high sensitivity pulsed searches. Furthermore, it lead to quasi-homogeneous coverage of the galactic MSPs, so that the search for pulsations in LAT data for this population of stars was not affected by an a priori bias. We present a search for pulsations from these objects in LAT data. For the ?rst time, eight galactic MSPs have been detected as sources of pulsed ? -ray emission over 100 MeV. In addition, a couple of good candidates for future detection are seen. A similar search for globular cluster MSPs has not succeeded so far. Comparison of the phase-aligned ? -ray and radio light curves, as well as the spectral shapes, leads to the conclusion that their ? -ray emission is similar to that of normal pulsars, and is probably produced in the outer-magnetosphere. This discovery suggests that many unresolved ?-ray sources are unknown MSPs.

Das Fermi Large Area Telescope (LAT) ist ein satellitengestütztes Gammastrahlungs-Teleskop zur Messung von Gammastrahlung im Energiebereich zwischen ∼ 30 MeV und mehreren hundert GeV. Der Nachweis extraterrestrischer Gammastrahlung in diesem Energiebereich erlaubt Rückschlüsse auf die astrophysikalischen Quellen der Gammastrahlung und Beschleunigungsmechanismen kosmischer Strahlung mit Energien zwischen 1 GeV und ∼ 10 TeV. Die Beobachtung von Quellen während Phasen vorübergehend erhöhter Gammastrahlungslüsse (‘Flares’) ermöglicht dabei eine besonders empfindliche Untersuchung der Produktionsmechanismen kosmischer Strahlung in den Quellen, da die Eigenschaften kürzlich beschleunigter Teilchen unmittelbar studiert werden können. Der Hauptteil dieser Dissertation stellt das neueste Verzeichnis zeitlich variabler Gammastrahlungsquellen über 100 MeV vor, den zweiten ‘Fermi All-sky Variability Analysis’ Katalog (2FAV). Der 2FAV Katalog enthält über 4500 Flares, welche in den ersten 7.4 Jahren der LAT Datennahme auf einem hohen Vertrauensniveau gemessen und an 518 verschiedenen Himmelspositionen beobachtet wurden. 441 dieser Quellpositionen im 2FAV können Aktiven Galaktischen Kernen (AGN) zugeordnet werden. Die verbleibenden 77 Quellpositionen besitzen keine sichere Entsprechung in anderen Verzeichnissen von Gammastrahlungs- oder Blazarquellen und stellen möglicherweise neue Gammastrahlungsquellen dar. Bei der Untersuchung der Spektren der 2FAV Flares, welche sogenannten ‘Flat-Spectrum’ Radioquasaren (FSRQ) - eine Unterklasse der AGN - zugeordnet werden können, wurde durchweg ein härteres Gammastrahlungsspektrum während Phasen erhöhter Gammastrahlungsemission beobachtet. Zudem wurde eine Untergrenze in der Verteilung der spektralen Exponenten, Γ ≳ 1.5, in der Stichprobe der untersuchten Flares festgestellt. Unter der Annahme eines einfachen leptonischen Modells und dass die Verteilung beschleunigter Teilchen im Inertialsystem der Quelle isotrop ist, folgt daraus, dass die Energiespektren der kosmischen Strahlung, welche die Gammastrahlungs-Flares verursachen, mit dN/dE ∝ E −2 oder stärker abfallen. Eine andere Möglichkeit, die Beschleunigungsmechanismen kosmischer Strahlung zu untersuchen, ist die Messung der Polarisation der begleitenden Gammastrahlung. Der letzte Teil dieser Dissertation enthält eine vorläufige Studie zur Messbarkeit linearer Polarisation astrophysikalischer Gammastrahlung mit dem LAT-Instrument. Bei Konversion hochenergetischer Photonen in Elektron-Positron-Paare verursacht eine lineare Polarisation der Gammastrahlung eine Modulation des Azimutwinkels der Ebenen, in denen die Elektron-Positron-Paare erzeugt wurden. Obwohl der LAT ursprünglich nicht als Polarimeter konzipiert wurde, ermöglicht das Instrument eine Messung dieser Modulation für niederenergetische Primärteilchen (≲ 200 MeV), welche in den Silikonschichten des Detektors konvertieren. Eine Auswahl solcher Ereignisse, selektiert durch Algorithmen überwachten maschinelles Lernens (‘supervised machine learning’), wird verwendet um die statistischen und systematischen Messunsicherheiten abzuschätzen, denen eine Messung unterworfen ist. Werden allein statistische Unsicherheiten berücksichtigt, ist der LAT in der Lage, einen Polarisationsgrad von 30−50% der Gammastrahlungsflüsse vom Vela-Pulsar und vom Krebs-Pulsarwindnebels nach einer Beobachtungszeit von zehn Jahren auf einem Vertrauensniveau von 5σ nachzuweisen. Werden zusätzlich systematische Unsicherheiten berücksichtigt, wird abgeschätzt, dass ein Polarisationsgrad von ∼ 46% auf einem Vertrauensniveau von 5σ nachweisbar ist, indem eine Auswahl von AGN als unpolarisierte Testprobe verwendet und mit umfangreichen Monte-Carlo Simulationen verglichen wird. Die Analyse in dieser Dissertation berücksichtigt zum ersten Mal sämtliche Aspekte einer polarization-sensitiven Ereignissrekonstruktion und dienst damit als Grundlage für zukünftige Nachweisversuche der Polarisation astrophysikalischer Gammastrahlung mit dem LAT. / The Fermi Large Area Telescope (LAT) is a space-based pair-conversion telescope sensitive to gamma rays with energies from ∼ 30 MeV to several hundreds of GeV. Observing gamma rays in this energy range, we gain information on the sources and acceleration mechanisms of cosmic rays (CRs) of energies from ∼ 1 GeV to ∼ 10 TeV. Studying the emission of gamma-ray sources during periods of enhanced activity (flares) provides a sensitive probe of the production mechanisms of CRs, as it makes it possible to investigate the distributions of the freshly-accelerated particles. The main part of this work presents the latest catalog of variable gamma-ray sources above 100 MeV, the second Fermi All-sky Variability Analysis catalog (2FAV). The 2FAV catalog contains more than 4500 flares detected at high significance in the first 7.4 years of LAT observations and the 518 sources from which these flares originate. Probable counterparts, mostly active galactic nuclei (AGN), have been found for 441 sources in the 2FAV. The remaining 77 sources have no reliable counterparts in other gamma-ray or blazar catalogs; they are potentially new gamma-ray sources. Studying the spectra of the 2FAV flares, we observe a harder-when-brighter behavior for the entire sample of flares associated with lat spectrum radio quasars, a class of AGN. We also observe a minimum value in the distribution of the photon index Γ of the flares, corresponding to Γ ≳ 1.5. In a simple leptonic scenario, assuming that the distribution of accelerated particles is isotropic in the source reference frame, this limit on the spectral hardness implies that the spectra of the accelerated particles responsible for the lare is never harder than dN/dE ∝ E −2. Another way to probe the environments where CRs are accelerated is by measuring the polarization of the gamma rays. A preliminary study of the LAT sensitivity to linear polarization of astrophysical gamma-rays is presented in the last part of this thesis. In the pair-production regime, linear polarization of the gamma-rays induces a modulation in the azimuthal angle of the planes where the electron-positron pairs are produced. Although not designed as a polarimeter, the LAT has the potential to measure this modulation using low energy (≲ 200 MeV) events converting in the silicon detector layers of its tracker. A selection of these events using supervised machine learning algorithms is presented and used as a basis to estimate the statistical and systematic uncertainties afecting the measurement. Considering only statistical uncertainties, a degree of polarization of ∼ 30−50% could be detected at the 5σ confidence level for the Vela pulsar and the Crab pulsar-wind nebula after 10 years of observation. By including systematic uncertainties, a 5σ sensitivity limit corresponding to a polarization degree of ∼ 46% is estimated, using a stack of AGN as an unpolarized test source and comparing the data with detailed Monte Carlo simulations. This analysis addresses for the first time all the steps of a real measurement and can therefore provide the basis for future measurements of gamma-ray polarization with the LAT.

Blazare sind aktive galaktische Kerne mit relativistischen Plasmajets, deren Symmetrieachse in Richtung Erde zeigt. Sie sind primäre Kandidaten für die Produktion von hochenergetischen Neutrinos. Diese Arbeit umfasst die Suche nach einem kumulativen Neutrinofluss von allen 862 Fermi-LAT 2LAC Blazaren und vier spektral ausgewählten Unterpopulationen. Selektierte Myonspuren aus drei Jahren IceCubedaten werden mit einer ungebinnten "Stacking"-Punktquellenanalyse untersucht. Zwei unterschiedliche Gewichtungen werden benutzt, um den unbekannten relativen Anteil jeder Quelle am Gesamtneutrinofluss der jeweiligen Population zu berücksichtigen. Neun der zehn resultierenden Tests zeigen leichte Überfluktuationen, von denen keine statistisch signifikant ist. Das Ergebnis erlaubt es, den Maximalanteil der 2LAC-Blazare zum kürzlich entdeckten astrophysikalischen TeV-PeV Neutrinofluss auf 23% einzuschränken. Diese Grenze gilt unter der Annahme des momentan favorisierten Spektralindex des astrophysikalischen Neutrinoflusses von -2.5 und bei einem Flavorverhältnis von 1:1:1 bei Erreichen der Erde. Die Ergebnisse erfordern keine rein hadronische Produktion der beobachteten Gammastrahlung und bleiben, bis auf einen Faktor zwei, für moderat härtere Spektren oder für kleinere Unterpopulationen, wie z.b. die GeV-detektierten TeVCat Quellen, gültig. Zusätzlich werden obere Flussgrenzen für generische Spektren, die einem Potenzgesetz folgen, sowie für konkrete spektrale Modelle der diffusen Neutrinoemission von Blazaren, ausgerechnet. 12 von 14 dieser Modelle können eingeschränkt oder ausgeschlossen werden. Wenn die größte Überfluktuation als physikalischer Effekt interpretiert wird, findet man einen weichen Fluss in der 5-10 TeV Region, welcher mit Gammastrahlenbeobachtungen kompatibel ist. Mehr Daten sind bereits verfügbar und erlauben es, dieses Szenario in der nahen Zukunft zu testen. / Blazars are active galactic nuclei with relativistic plasma jets whose symmetry axis is pointing towards Earth. They are a prime source candidate for the production of high-energy neutrinos. This work describes the search for a cumulative neutrino flux from all 862 Fermi-LAT 2LAC blazars and four spectrally defined sub-populations. Selected muon-track events from three years of IceCube data are analyzed with an unbinned likelihood stacking approach. Two different weighting schemes are used to account for the unknown relative flux contributions of each source. Nine of ten tests show slight overfluctuations, none of which are statistically significant. An upper flux limit is calculated constraining the maximal contribution of the 2LAC blazars to the recently discovered diffuse TeV-PeV neutrino flux to be 23% or less assuming the currently favored spectral index for the astrophysical flux of around −2.5 and an equal composition of neutrino flavors arriving at Earth. The results do not require a purely hadronic production of the observed gamma rays and remain valid for moderately harder spectra or smaller sub-populations, e.g. the TeVCat sub-sample, up to a factor of around 2. Additionally, upper limits are calculated for generic power-law spectra and for concrete spectral models of the diffuse neutrino emission of blazar populations. 12 out of 14 of these models are either constrained or excluded. If the largest overfluctuation is interpreted as a physics effect, one finds a soft flux in the 5-10 TeV region that is compatible with gamma-ray observations. Further years of data are already available which makes this scenario testable in the near future. If confirmed, blazars might become the first known extragalactic hadronic acceleration site.

Le LAT est l'instrument principal du satellite Fermi et permet d'étudier le ciel en rayons gamma de 20 MeV à plus de 300 GeV. Sa sensibilité accrue a permis l'augmentation du nombre de sources détectées dans le domaine des hautes énergies. Une partie importante de celles-ci n'a pas de contrepartie connue et une étude multi-longueur d'onde est nécessaire afin de comprendre l'origine du signal observé. Dans un premier temps, cette thèse présente l'étude morphologique et spectrale détaillée de la source non-identifiée HESS J1745--303, qui a été découverte dans le domaine gamma par l'expérience H.E.S.S. en 2006 puis analysée spécifiquement dans un article de 2008, à l'aide des données du LAT. Deux sources ponctuelles situées à une localisation proche de HESS J1745-303 sont présentes dans le catalogue à deux ans de données de Fermi (2FGL) mais une analyse dédiée de cette région est néanmoins nécessaire vu sa complexité. Elle est en effet localisée à ~1° du Centre Galactique et à moins de 0.5° du pulsar de la Souris, les deux sources les plus brillantes en gamma dans cette région.Les différents processus d'émission de photons sont présentés dans un second temps. Leurs simulations permettent d'effectuer une étude approfondie de l'origine de l'émission détectée aux hautes et très hautes énergies par le LAT et par H.E.S.S. L'émission de cette source reste en effet encore énigmatique de nos jours et une étude multi-longueur d'onde est effectuée afin de contraindre les modèles d'émission. / The LAT is the main instrument onboard the Fermi space telescope and performs unprecedented observations of the gamma-ray sky between 20 MeV and more than 300 GeV. The number of gamma-ray sources detected has grown thanks to its high sensibility. A large part of these sources has no known counterpart and a multi-wavelength study is needed in order to understand the origin of the observed signal.This thesis presents a morphological and spectral detailed study of the unidentified source HESS J1745--303, which was discovered in gamma-rays in 2006 with the H.E.S.S. experiment, using the Fermi-LAT data. Two point-like sources, located near HESS J1745--303, are included in the Fermi Large Area Telescope Second Source Catalog (2FGL) but, due to the complexity of this region, a dedicated study of the LAT data is however needed. Indeed, its location is ~1° away from the Galactic Center source and less than 0.5° from the Mouse pulsar, the two brightest gamma-ray sources in this region.The astrophysical emission processes are then detailed. We develop an extensive code which allowed us to study the origin of the HE (High Energy) and VHE (Very-High Energy) gamma-ray emissions detected by the LAT and H.E.S.S. The emission of this source is indeed still enigmatic and we perform a mutli-wavelength study to try to constrain the emission modeling.

Dans le domaine de l’astrophysique des hautes énergies, de nombreuses questions restent à ce jour sans réponse et, parmi elles se trouve l’origine des rayons cosmiques Galactiques. La première preuve observationnelle de ces particules accélérées a été apportée au sein d’un vestige de supernova il y a seulement vingt ans. Depuis, nous savons que les vestiges de supernova, les pulsars et leurs nébuleuses accélèrent efficacement des particules mais de nombreuses interrogations subsistent encore. Les preuves directes concernant l’accélération de protons (constituant 90% du rayonnement cosmique) sont rares et de nombreuses sources nouvellement détectées en gamma sont de nature inconnue. Les rayonnements produits au sein des accélérateurs Galactiques fournissent d’importants éléments de réponse quant à la nature des particules accélérées. En particulier, alors que les domaines de la radio et des rayons X ne tracent que les électrons accélérés, les rayons gamma peuvent inférer la présence d’électrons et également de protons (et noyaux en général) mais l’émission s’avère le plus souvent difficile à interpréter.Les mesures des rayons gamma de très hautes énergies dépendent de notre connaissance de l’atmosphère terrestre, dans lequel ils se propagent avant d’être détectés par les télescopes Tcherenkov au sol tels que le réseau H.E.S.S. La partie technique de cette thèse concerne l’étude de l’impact des profils d’atmosphère sur les données H.E.S.S. Grâce à des simulations et des analyses prenant en compte les caractéristiques propres à chaque prise de données, nous étudions l’impact des profils d’atmosphère mesurés sur les fonctions de réponse de l’instrument et sur la reconstruction spectrale.Le premier objectif scientifique de cette thèse est de comprendre la nature de l’émission gamma au sein de deux vestiges de supernova (G326.3-1.8 et RX J1713.7-3946) par le biais d’analyses spectro-morphologiques détaillées. L’analyse de G326.3-1.8, avec les données du Fermi-LAT, a mené à deux résultats importants: une nouvelle preuve d’accélération de protons et la première séparation morphologique et spectrale de deux composantes imbriquées en gamma. L’analyse de RX J1713.7-3946, avec les données H.E.S.S. et les outils d'analyse Ctools, a confirmé une extension plus importante en gamma qu’en rayons X mais dont l’origine reste encore incertaine.La deuxième partie de cette thèse entreprend de discuter la nature des sources Galactiques non-associées au TeV. Pour ce faire, nous présentons un code générique visant à rechercher des contreparties multi-longueurs d’onde sur ces sources au TeV, et permettant de poser des contraintes sur des paramètres physiques tels que le champ magnétique moyen et l’indice spectral en radio. En appliquant ce code sur cinq sources non-identifiées du relevé du plan Galactique de H.E.S.S., nous apportons des arguments quant à leur origine. En particulier, nous étudions deux sources, dont l’émission au TeV provient probablement de multiples contributions, soulevant ainsi l’importance des données multi-longueurs d’onde pour comprendre la nature de l’émission en gamma. / In high energy astrophysics, several questions are still open and amongst them is the origin of Galactic cosmic rays. The first observational evidence of accelerated particles has only been revealed twenty years ago. Since then, supernova remnants, pulsars and their nebulae are known to efficiently accelerate particles but several questions still hold. In particular, evidence of accelerated protons (which consist on 90% of the cosmic-ray spectrum) is still elusive and several gamma-ray sources have unknown origin. Non-thermal emissions produced in Galactic accelerators provide insights about the nature of the accelerated particles. In particular, while radio and X-ray observations indicate the presence of accelerated electrons, gamma rays can be produced by both electrons and protons (or nuclei in general) but it may be difficult to assess the origin of the emission.The technical part of this thesis concerns the study of the impact on the reconstructed H.E.S.S. data when using atmospheric profiles measured with a lidar instead of a standard atmospheric model currently used. Very high energy gamma rays propagate into the atmosphere before reaching Cherenkov Telescopes and thus, the accuracy of our measurements depends on our understanding of the atmospheric composition. Using run-wise simulations based on lidar data, we study the impact on the instrument response functions and we analyse data to quantify the effect on the spectral reconstruction.The first scientific goal of this thesis is to understand the gamma-ray emission from two supernova remnants (G326.3-1.8 et RX J1713-3946) through detailed spectro-morphological analyses. The analysis of the composite supernova remnant G326.3-1.8, with Fermi-LAT data, has led to two major results: a new evidence of accelerated protons and the first morphological and spectral separation in gamma rays of two nested components. The study of RX J1713-3946, with H.E.S.S. data and using the Ctools package, confirms a significant gamma-ray extension beyond the X-ray emitting shell but its origin remains unclear.The second part of this thesis aims to constrain the nature of the unidentified TeV sources revealed in the H.E.S.S. Galactic Plane Survey. We thus present a generic code, based on a multi-wavelength approach, to find counterparts and estimate physical parameters like the radio spectral index and the mean magnetic field. We apply this code on five unidentified TeV sources and we put constraints on their nature. In particular, we present two high-confusion cases, for which the TeV emission is probably due to the contribution from different components, emphasizing the importance of multi-wavelength data to understand the origin of the gamma-ray emission.

Master’s thesis on “Simulation of processes in physic of solid state using computer programs” consists of an introduction, 3 chapters, conclusions, 22 references of literature, 15 appendixes and 1 compact disc. There are presented 3 tables and 31 pictures in the work as well. The work comprises 56 pages (with appendixes there are 93 pages). The aim of this work is seeking to create demonstrations for lectures in physic of solid state using the mathematical computer system. The first chapter deals with the possibility to use the computer programs in simulation of varied processes and phenomena and put into practice at lectures of solid state physics. The second chapter deals with particular phenomena. There are described the simulations of these phenomena as well. The computer mathematical system MathCAD was used to simulate and analyze the density of band states, Fermi – Dirac and Bolcman functions in the various temperature (5 K < T < 500 K). If we use the state destiny, Fermi – Dirac and Bolcman functions, we will get a distribution of free electrons by values of energy. Dynamic graph of functions is presented, which shows a variation probability of electron to be in E energy state subject to variations of temperature T. There is analyzing dependence of molar heat of solid state against to temperature T. The simulation of Fermi layer and concentration of charge at intrinsic and at impurity semiconductor are composed in this work as well. The using of simulations in lectures... [to full text]

Ce travail consiste en l’étude par RMN multinoyaux de matériauxparamagnétiques d’électrodes positives pour batteries Li ou Na-ion. La RMN du solidepermet une caractérisation de l’environnement local du noyau sondé grâce à l’exploitationdes interactions hyperfines dues à la présence d’une certaine densité d’électrons célibataires(déplacement de contact de Fermi) sur ce noyau (densité transférée selon des mécanismesplus ou moins complexes). Les matériaux étudiés sont des fluoro ou oxy phosphates devanadium de formules générales AVPO4X (A= Li ou Na; X = F, OH, ou OF) (structure typeTavorite), et Na3V2(PO4)2F1-xOx. Tous ces matériaux ont été caractérisés par RMN du 7Li ou23Na, 31P et 19F combiné à des calculs DFT, afin de mieux comprendre les structure etstructure électroniques locales. Notamment, ces études nous ont permis de mettre enévidence la présence de défauts dans certains matériaux et donc de discuter leur impact surles propriétés électrochimiques. L’utilisation de la méthode PAW nous a permis de modéliserdes défauts dilués dans des supermaille. Ensuite, l’impact de ces défauts sur la structurelocale a été étudié afin d’envisager les mécanismes de transfert de spin possibles etreproduire leur déplacements de RMN. / Paramagnetic materials for positive electrodes for Li or Na-ion batteries havebeen studied by multinuclear NMR. The local environment of the probed nucleus can becharacterized by solid state NMR making use of hyperfine interactions due to transfer ofsome electron spin density (Fermi contact shift) on this nucleus, via more or less complexmechanisms. The materials studied are vanadium fluoro or oxy phosphates of generalformulas AVPO4X (A= Li or Na; X = F, OH, or OF) belonging to the Tavorite family and theNa3V2(PO4)2F1-xOx . All these materials have been characterized by 7Li or 23Na, 31P and 19F,combined with DFT calculations to better understand local electronic structures andstructures. In particular, these studies have enabled us to highlight the presence of defects incertain materials and to discuss their impact on the electrochemical properties. The use ofthe PAW method allowed us to model diluted defects in large supercells, to calculate theFermi contact shifts of the surrounding nuclei and to study the mechanisms of electron spintransfer. This allowed us to better understand the nature of defects in materials.For some systems, the mechanisms related to the intercalation or deintercalation of Li+ orNa+ ions have also been studied by NMR.