In this thesis, we present our two studies focused on the detection of cosmic γ-rays and the analysis of data from γ-ray observations. One study deals with the method of the Cherenkov transparency coefficient. This method is suitable for the detector calibration in experiments employing imaging atmo- spheric Cherenkov telescopes for the indirect detection of cosmic γ-rays. Us- ing rates of recorded air showers initiated by charged cosmic rays, the method aims at the monitoring of the atmospheric transparency to Cherenkov light and the calibration of the responses of Cherenkov telescopes. We present an extension of this method for the purposes of the Cherenkov Telescope Array observatory and demonstrate its feasibility using Monte Carlo simu- lations. Our other analysis utilizes more than 7 years of data from direct γ-ray observations by the Fermi Large Area Telescope. We describe in detail signal observed from the parts of the sky around the active galactic nuclei 1ES 0229+200 and Centaurus A. We report on the findings of new astro- physical sources of high energy photons and document spectral and temporal properties of their γ-ray fluxes. 1

This thesis focuses on the development of nonlinear optical techniques and the measurement of topological properties of the Weyl semimetals. The first portion of this thesis describes technical developments of the nonlinear optical spectroscopic probes rotational anisotropy second harmonic generation (RA-SHG) and transient grating. In our work on SHG, we describe a fast-reflective optic-based rotational anisotropy nonlinear harmonic generation spectrometer built upon synchronization of stepper motors and a voice-coil fast turning motor with data recorded by a data acquisition card. This device enables fast accumulation of significantly more data points than traditional SHG spectrometers and further allows spectral measurement over a broad wavelength range to be performed without optical realignment. We then describe the Fourier domain RA-SHG, allows direct measurements of the RA-SHG signal components of Cn symmetry. This method is based on the fast scanning RA-SHG device described above and operates by recording the nth harmonics of the fast scanning signal using a lock-in amplifier. Finally, we describe a novel method of performing transient grating measurements based on low power laser diodes, a laser diode pulser, a digital delay generator, and a data acquisition card. The RA-SHG technique was applied to the chiral Weyl semimetal RhSi, where a spectrum of the sole SHG tensor element χ(2) i jk was measured over the unprecedented 0.275-1.5 eV incoming photon energy range. Our data shows evidence of a strong surface state response and are detailed enough to reveal the second order corrections to the linear band structure as well as the Pauli blocking condition which was observed to occur at ∼630 meV. We also describe measurements of the linear photogalvanic effect (LPGE) and circular photogalvanic effect (CPGE) in RhSi deriving from topological Fermi arc states. While the magnitude of the CPGE response broadly matched theoretical predictions, the data also exhibit an inexplicably high degree of symmetry in the response as a function of incoming polarization in both CPGE and LPGE channels. Collaborative work on the SHG spectrum from TaAs is also described, from which we attribute the origin of the SHG response peak to the third cumulant of the Bloch wavefunction. Further collaborative studies of the CPGE in RhSi (111) revealed a response that was likely due to the topological band structure, but that also shows that the theoretically predicted quantized CPGE was not observed due to impurities and from contributions from sources other than the Weyl nodes. Finally, we briefly summarized how the crystal structure of PrAlGe1-xSix was revealed to be non-centrosymmetric using the RA-SHG technique. Transition from intrinsic to extrinsic anomalous Hall effect by tuning the dopant concentration x was studied in this ferromagnetic Weyl semimetal. / Physics

No description available.

No description available.

<p>In Part I, the relationship between the topology of the Fermi surface and the entanglement entropy S is examined. Spinless fermionic systems on one and two dimensional lattices at fixed chemical potential are considered. The lattice is partitioned into sub-system of length L and environment, and the entanglement of the subsystem with the environment is calculated via the correlation matrix. S is plotted as a function of the next-nearest or next-next nearest neighbor hopping parameter, t. In 1 dimension, the entanglement entropy jumps at lifshitz transitions where the number of Fermi points changes. In 2 dimensions, a neck-collapsing transition is accompanied by a cusp in S, while the formation of electron or hole-like pockets coincides with a kink in the S as a function of the hopping parameter. The entanglement entropy as a function of subsystem length L is also examined. The leading order coefficient of the LlnL term in 2 dimensions was seen to agree well with the Widom conjecture. Of interest is the difference this coefficient and the coefficient of the term linear in L near the neck-collapsing point. The leading order term changes like |t-t_c|^1/2 whereas the first sub-leading term varies like |t-t_c|^1/3, where t_c is the critical value of the hopping parameter at the transition.</p> <p>In Part II, we study the statistics of fractionalized excitations in a bosonic model which describes strongly interacting excitons in a N-band insulator. The elementary excitations of this system are strings, in a large N limit. A string is made of a series of bosons whose flavors are correlated such that the end points of a string carries a fractionalized flavor quantum number. When the tension of a string vanishes, the end points are deconfined. We determine the statistics of the fractionalized particles described by the end points of strings. We show that either bosons or Fermions can arise depending on the microscopic coupling constants. In the presence of the cubic interaction in the Hamiltonian as the only higher order interaction term, it was shown that bosons are emergent. In the presence of the quartic interaction with a positive coupling constant, it was revealed that the elementary excitations of the system possess Fermion statistics.</p> / Master of Science (MSc)

Le présent mémoire traite de la description du LaOFeAs, le premier matériau découvert de la famille des pnictures de fer, par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Plus particulièrement, nous allons exposer l’état actuel de la recherche concernant ce matériau avant d’introduire rapidement la DFT. Ensuite, nous allons regarder comment se comparent les paramètres structuraux que nous allons calculer sous différentes phases par rapport aux résultats expérimentaux et avec les autres calculs DFT dans la littérature. Nous allons aussi étudier en détails la structure électronique du matériau sous ses différentes phases magnétiques et structurales. Nous emploierons donc les outils normalement utilisés pour mieux comprendre la structure électronique : structures de bandes, densités d’états, surfaces de Fermi, nesting au niveau de Fermi. Nous tirerons profit de la théorie des groupes afin de trouver les modes phononiques permis par la symétrie de notre cristal. De plus, nous étudierons le couplage électrons-phonons pour quelques modes. Enfin, nous regarderons l’effet de différentes fonctionnelles sur nos résultats pour voir à quel point ceux-ci sont sensibles à ce choix. Ainsi, nous utiliserons la LDA et la PBE, mais aussi la LDA+U et la PBE+U. / We present DFT calculations of the electronic structure of LaOFeAs, the parent compound of the new family of superconductors, the iron pnictides, in this master thesis. Specifically, we are going to take a look at the present state of the research done on this material before giving a quick introduction to DFT. Then, we will compare the optimized structural parameters as calculated by our DFT code with the experimental data as well as results obtained by other groups. We studied the electronic structure of LaOFeAs using the standard set of tools : band structure, density of state (DOS), fermi surface and fermi surface nesting. We used theoretical methods to determine the allowed phonon modes in this crystal structure. This, in turn, enabled us to explore the electron-phonon coupling in our material for the most important modes. We’ll also discuss the influence different functionals may have for calculating the electronic structure. This will allow us to validate our results. In detail, we will compare results obtained with the following functionals: LDA and PBE, as well as LDA+U and PBE+U.

No description available.

This thesis describes the design, construction and optimisation of two compact setups to produce ⁸⁷Rb Bose-Einstein condensates and dual ⁷Li-⁸⁷Rb Magneto- Optical Traps (MOTs). The motivation for compact systems is to have simplified systems to cool the atoms. The first experimental setup is based on a single pyrex glass cell without the need for atom chips. Fast evaporation will be achieved in a hybrid trap comprising of a magnetic quadrupole trap and an optical dipole trap created by a Nd:YVO4 laser and with future plans of using a Spatial Light Modulator (SLM). To enhance an efficient and rapid evaporation, we have investigated Light-Induced Atomic Desorption (LIAD) to modulate the Rb partial pressure during the cooling and trapping stage. With this technique, a ⁸⁷Rb MOT of 7 x 10⁷ atoms was loaded by shining violet light from a LED source into the glass cell, whose walls are coated with rubidium atoms. The atoms were then cooled by optical molasses and then loaded into a magnetic trap where lifetime measurements demonstrated that LIAD improves on magnetically-trapped atoms loaded from constant background pressure by a factor of six. This is quite encouraging and opens the possibility to do a rapid evaporation. In a second experiment, we have designed a compact system based on a stainless steel chamber to trap either ⁷Li or ⁶Li atoms in a MOT loaded from alkali-metal dispensers without the need of conventional oven-Zeeman slower. This setup can also load ⁸⁷Rb atoms, allowing future projects to simultaneously produce degenerate quantum gases of bosonic ⁸⁷Rb and fermionic ⁶Li atoms.

<p align="justify">Il y a un demi siècle, Fermi, Pasta et Ulam découvraient la récurrence du même nom, et créaient une discipline nouvelle, la dynamique non linéaire. Leur expérience numérique consistait à exciter le mode fondamental d'une chaîne d'oscillateurs reliés entre eux par des ressorts linéaires et faiblement non linéaires. Alors qu'ils s'attendaient à ce que l'énergie se répartisse progressivement sur un large spectre en raison du couplage non linéaire, ils observèrent au contraire un échange périodique (récurrent) d'énergie entre quelques-uns des modes d'ordre inférieur uniquement. Dix ans plus tard, des chercheurs ont interprété ce comportement récurrent comme le résultat de l'interaction entre des impulsions qui se propagent sans se déformer et résistent aux collisions entre elles, les solitons. Par la suite, le soliton a émergé dans différents domaines pour finalement occuper le cœur des sciences non linéaires. Et c'est sans doute en optique non linéaire que le soliton a connu ses plus grands succès, tant sur le plan fondamental que sur celui des applications. En particulier, les phénomènes non linéaires sont aisés à observer dans les fibres optiques grâce au large éventail des sources lasers disponibles et en raison du fort confinement de la lumière qui s'y propage.</p> <p align="justify">Dans notre travail de thèse, nous avons apporté la première démonstration expérimentale de la récurrence de Fermi-Pasta-Ulam dans la dynamique d'instabilité modulationnelle en fibre optique. En effet, une onde continue perturbée évolue spontanément, sous certaines conditions, en un train d'impulsions : l'énergie est transférée du mode fondamental (l'onde continue) aux modes d'ordre supérieur. La théorie prévoit qu'ensuite, l'onde continue initiale se reforme comme l'énergie revient vers le mode fondamental. Pour réaliser cette expérience, il faut parvenir à rencontrer les conditions prescrites par la théorie tout en évitant l'intervention d'effets perturbateurs. Dans ce but, nous avons étudié l'évolution d'impulsions plateaux, qui reproduisent les conditions d'onde continue requises par la théorie tout en permettant d'atteindre des puissances suffisantes pour observer la récurrence.</p> <p align="justify">Nous nous sommes ensuite intéressés à un nouveau type de soliton appelé paroi de domaines de polarisation, qui se présente comme la structure de commutation entre deux domaines semi-continus de polarisations circulaires orthogonales. En principe, les parois de domaines pourraient être exploitées dans les lignes de transmission optique où elles serviraient à séparer des séquences de bits de valeurs différentes, le 1 logique étant représenté par exemple par une polarisation circulaire droite, et le 0 par la polarisation circulaire orthogonale. Ces parois se propagent sans déformation et, contrairement aux solitons habituellement utilisés pour la transmission par fibre optique, elles conservent une position stable au sein du train de données transmis. Grâce à cette stabilité intrinsèque des parois de domaines, il devient possible de rapprocher des impulsions successives et d'accroître le débit des lignes de transmission, qui pourrait atteindre le Tbit/s en monocanal. Toutefois, les parois de domaines de polarisation n'existent en théorie que dans les fibres isotropes, alors que les fibres réelles sont soumises à de nombreuses perturbations qui les rendent biréfringentes. Dans notre travail, nous avons déterminé les paramètres d'une fibre spéciale qui permette l'observation de parois de domaines dans des conditions réalistes, mais nous n'avons pas réalisé l'expérience car la fibre commandée n'a pas pu être fabriquée.</p> <p align="justify">Si l'amélioration des performances des systèmes de télécommunications futurs passera nécessairement par l'accroissement des débits d'information en monocanal, elle exigera également la mise au point de dispositifs tout optiques, donc ultra-rapides, destinés au routage et au traitement des signaux transmis. Au-delà des applications en télécommunications, le développement de tels dispositifs provoquerait une véritable révolution photonique : les photons, plus rapides, supplanteraient pour les tâches usuelles les électrons utilisés dans les transistors électroniques. Ces dispositifs photoniques sont généralement basés sur les propriétés particulières résultant de la périodicité intrinsèque des matériaux utilisés. Cette périodicité se traduit par l'existence d'une bande interdit : quand les photons s'y trouvent (on dit alors qu'ils vérifient approximativement la condition de Bragg), ils ne peuvent se propager. Par ailleurs, la transmission de ces dispositifs est contrôlée en exploitant leurs propriétés non linéaires. Dans le cas des fibres, la bande interdite peut être réalisée quasiment sur mesure en imposant une modulation périodique contrôlée de l'indice de réfraction de la fibre. On crée ainsi un réseau de Bragg fibré, dans lequel la lumière subit une forte réflexion quand elle vérifie la condition de Bragg. Pourtant, même dans ces conditions, des impulsions suffisamment intenses appelées solhiatons peuvent encore subsister et se déplacer dans le réseau, les effets non linéaires compensant la réflexion du réseau. Pour observer les solhiatons, il faut toutefois parvenir à plonger immédiatement et complètement les impulsions dans le réseau, sans quoi elles sont irrémédiablement réfléchies par le réseau. Pour y parvenir, nous avons généré un réseau de Bragg dynamique : il se déplace le long de la fibre avec les impulsions. Nous avons constaté le confinement de deux impulsions qui, en l'absence du réseau dynamique, se propageraient à des vitesses différentes en raison de la dispersion chromatique. Ces impulsions devraient en plus se propager sans déformation, mais nous n'avons pas pu l'observer dans nos conditions expérimentales. Ce confinement constitue la première démonstration expérimentale du processus de formation de solhiatons stationnaires. Transposé des fibres aux matériaux semi-conducteurs, le solhiaton pourrait être exploité dans certains types de transistors photoniques. Les perspectives sont ambitieuses de voir un jour les résultats de notre recherche fondamentale contribuer à l'émergence de nouvelles applications.</p>

No description available.