Le courant à travers un conducteur non supraconducteur connecté à des supraconducteurs dépend de la pénétration des corrélations supraconductrices à l'intérieur de ce conducteur. Ce courant est donc une sonde des propriétés électroniques du conducteur mesuré. Je présenterai des expériences récentes de supraconductivité induite plus ou moins exotique : Dans le cas où le conducteur non supraconducteur est un métal (de l'or en l'occurrence), nous avons réalisé des interféromètres (SQUIDS de proximité) dont la géométrie permet de révéler un comportement en champ magnétique nouveau, et qui donnent également accès à la dynamique des électrons dans le métal normal. Dans les cas plus exotiques où les conducteurs sont des molécules (nanotube de carbone, ADN, metallofullérène, graphène), je montrerai comment la supraconductivité induite est affectée par les propriétés intrinsèques des molécules sondées : magnétisme, structure de bande, supraconductivité, cohérence quantique.

Nous avons étudié le bruit électronique généré par une jonction tunnel dont les contacts sont portés à des températures différentes, de sorte qu'elle est traversée par un courant de chaleur. Nous avons calculé le bruit attendu, montré que le bruit en excès est proportionnel au courant de chaleur, et effectué des mesures à très basse température. Nous avons bien observé un bruit hors d'équilibre dû à la différence de température entre les contacts mais l'accord théorie-expérience n'est pas encore atteint.

La simulation des matériaux demande une compréhension de leur comportement à de nombreuses échelles de temps et d’espace. Ces différentes échelles requièrent des méthodes de simulations différentes, qui se basent sur des approximations différentes et donnent accès à différentes propriétés. La simulation multiéchelle est une approche qui regroupe l’utilisation de ces différentes méthodes, ainsi que des relations qui les unissent. Des développements plus récents ont permis la mise au point de méthodes mésoscopiques, comblant le trou entre les simulations atomistiques (< 10 nm) et les milieux continus (>mm). La dynamique de particules dissipatives (DPD) est une telle méthode, qui présente de nombreux avantages théoriques et pratiques en comparaison avec d’autres méthodes mésoscopiques. La DPD est une méthode modélisant la matière par des particules molles, s’inspirant de l’équation de Langevin. La dynamique des particules est gérée par trois forces : une force conservative, une force dissipative et une force aléatoire. La force conservative naît des interactions effectives moyennes à l’échelle méso, alors que la force dissipative et la force aléatoire sont d’origine statistique. Différentes formulations et contributions à la force conservative sont présentées, permettant notamment la simulation de polymères enchevêtrés et de systèmes chargés. Les contraintes auxquelles les forces statistiques sont soumises, ainsi que leurs impacts sur les dynamiques, sont ensuite discutés. La présentation de la DPD se termine par des considérations sur les effets numériques particuliers à la DPD. La puissance de la DPD est démontrée par la simulation de polymères arborescents. Les polymères arborescents sont des macromolécules hyperbranchées obtenues par une séquence de réactions de greffage de chaînes polymères. La structure qu’adoptent ces molécules n’est pas connue avec certitude. Des expériences ont permis aux chercheurs de proposer un modèle en loi de puissance pour le profil de densité radiale. Or, cette propriété n’est accessible qu’indirectement aux méthodes expérimentales, alors qu’elle peut être obtenue directement des travaux de simulation. La masse énorme de ces composés, ainsi que leur topologie complexe, impossible à réduire à un modèle plus simple, empêche toute simulation par des méthodes microscopiques traditionnelles. L’utilisation de méthodes mésoscopiques s’impose donc. Les polymères arborescents de génération 2 (d’une masse de l’ordre de 3,2×103 kDa) en solution (5 %) peuvent être simulés explicitement grâce à la DPD, et ce, en un temps acceptable. Les propriétés du solvant peuvent être ajustées, notamment leur qualité et leur masse moléculaire. Le profil de densité radiale moyen simulé correspond plutôt bien au modèle en loi de puissance proposé. L’analyse des données expérimentale suppose une symétrie sphérique des molécules individuelles qui s’avère être erronée. L’anisotropie des macromolécules est étudiée et s’avère être hautement variable. Des fonctions de distribution radiale ainsi que les patrons de diffusion de neutrons associés ont été obtenus. Ces derniers pourront être comparés directement aux résultats expérimentaux lorsque ces derniers seront disponibles. L’utilisation de la DPD est riche en possibilités. Elle est facilement étendue à diverses classes de matériaux. Par sa nature dynamique et ses propriétés, la DPD donne accès à certaines classes de phénomènes inaccessibles aux autres méthodes de simulation mésoscopique. Notamment, la DPD permet naturellement la simulation dans l’état stationnaire, tel que démontré par la simulation de la structure du Nafion c sous cisaillement. De plus, le comportement hydrodynamique devrait permettre la simulation à l’échelle mésoscopique de la transition vitreuse ou à tout le moins, d’une transition lui ressemblant. De plus, la DPD peut être étendue afin d’effectuer la simulation dans d’autres ensembles thermodynamiques, qui donnent accès à d’autres propriétés d’intérêt pour les matériaux (conductivité thermique, propriétés mécaniques). Les versions actuelles de la DPD, bien que versatiles, ne permettent pas encore de reproduire quantitativement les propriétés des matériaux. Différents succès, obstacles et pistes de réflexion sont présentés. Le perfectionnement de la DPD fournit à la fois un prétexte et un banc d’essai de choix pour tenter de comprendre les questions fondamentales suscitées par le coarse-graining et l’échelle méso en elle-même.

L'étude fine des fluctuations de courant dans les petites composantes électroniques est un excellent moyen de tester notre compréhension du transport électronique quantique. Lorsque la fréquence est suffisamment élevée, ce qui est mesuré en laboratoire n’est plus un courant d’électrons mais un champ électromagnétique causé par l’agitation des électrons. Faire un pont entre l’optique en terme de photons et l’électronique quantique est l’objectif dans le laboratoire de Bertrand Reulet. Ce mémoire de maîtrise traite des fluctuations de courant d’une jonction tunnel polarisée en courant et excitée avec une tension alternative dans les micro-ondes. La nouveauté dans ce projet provient du fait que les fluctuations de courant générées par la jonction tunnel ont été mesurées en phase et en quadrature avec l’excitation micro-onde envoyée sur l’échantillon. Il a été démontré qu’il est possible de faire un parallèle entre les fluctuations du courant électrique et l’optique quantique pour arriver à prédire le comportement de ces fluctuations en phase et en quadrature. De plus, la présence d’état comprimé ou «squeezé» sur l’une des quadratures du courant a été mesurée expérimentalement. Les résultats obtenus sont en parfait accord avec la théorie développée.

La combinaison des mesures de bruit en courant et de conductance représente un moyen très puissant pour comprendre le transport électronique à l'échelle mésoscopique. Cette thèse illustre cette affirmation par l'étude de deux structures hybrides supraconducteur - métal normal.

Les matériaux composites à renforts tissés 3D connaissent une utilisation grandissante dans de nombreux domaines de par entre autres leurs excellentes propriétés mécaniques. Cependant, le manque de compréhension de leur comportement est un facteur limitant. Ces limites sont liées à la complexité des phénomènes intervenant à différentes échelles qui jouent un rôle essentiel sur la prédiction de la réponse du matériau. Pour comprendre et résoudre ce problème, ce travail a pour objectifs d’étudier les matériaux composites 3D à l’aide de simulations numériques et d’observations expérimentales réalisées aux échelles micro, méso et macro. L’étude expérimentale a été réalisée afin d’obtenir : les propriétés macroscopiques du matériau et les paramètres nécessaires à la reconstruction géométrique. Ces caractéristiques ont été évaluées à l’aide de diverses techniques : microscopies optique et électronique et tomographie par rayons X sur des éprouvettes avant et après essais mécaniques afin de détecter les éventuels endommagements. Ces observations ont permis de définir les stratégies numériques à mettre en place aux différentes échelles. Ainsi, à l’échelle microscopique, un algorithme de dynamique moléculaire a été développé et testé sur des volumes représentatifs élémentaires et sur des sections de fils. Les résultats obtenus montrent une grande capacité à générer la variabilité microstructurale. A l’échelle mésoscopique, une stratégie de reconstruction à partir d’images tomographiques a permis de prendre en compte l’architecture réelle du composite 3D. Cette technique de modélisation a montré son grand intérêt dans la prédiction de la réponse non linéaire du matériau. / 3D textile reinforced composites have gained extensive application in many industrial domains by taking their excellent mechanical properties and neat-shape manufacturing. However, lack of understanding in material behaviour might be limiting factors at the design stage. One of these limits is the complexity of the multi-scale phenomena which play a critical role in predicting the material response. In order to tackle this problem, the systematic and detailed investigations are required at different material scales. Therefore, this work addresses to study 3D composites alternating and combining numerical simulations and experimental observations at different material scales. Experiments were carried out to provide twofold parameters: material properties and required geometrical reconstruction parameters. X-ray tomography was employed to inspect the intact samples. Electronic and optical microscopy techniques have been used in order to investigate in details the yarn cross-sections at initial states and eventual damages mechanisms accumulated during mechanical tests. All those observations allowed choosing numerical strategies at different material scales. Thus, at the micro-scale, the modified molecular dynamics algorithm has been developed and tested on RVE and irregular cross-section yarns. The results show great capacity and originality in the generation of the microstructural variability. Consequently, at the meso-scale, the reconstruction strategy was chosen which allowed representing real mesostructure of the composites. This modelling technique has great importance in the prediction of the material response, especially at the non-linear stage.

Les propriétés statiques, dynamiques, rhéologiques et la cinétique de scissions et recombinaisons de micelles linéaires auto-assemblées sont étudiées à l'équilibre et sous-écoulement par simulations sur ordinateur, en utilisant un modèle mésoscopique nouveau. Nous représentons les micelles comme des séquences linéaires de billes browniennes dont l'évolution spatio-temporelle est gouvernée par la dynamique de Langevin. Un algorithme de Monte-Carlo contrôle l'ouverture des liens ou la fusion de deux chaînes par les bouts. Un paramètre cinétique o, qui modélise l'effet d'une barrière le long d'un chemin de réaction, est introduit dans notre modèle. A l'équilibre, nous nous concentrons sur les mécanismes de scission/recombinaison aux temps long et court. Nos résultats montrent que pour les temps plus grands que le temps de vie d'une chaîne moyenne, la cinétique est en accord avec le modèle champ-moyen de Cates. L'étude de fonctions de relaxation macroscopique confirme que nos constantes cinétiques effectives obtenues aux temps longs sont pertinentes pour ces relaxations. Pour la situation hors équilibre, nous étudions les effets du couplage entre un écoulement de cisaillement et la cinétique de scission et recombinaison sur les propriétés structurales et rhéologiques du système micellaire. Nous nous plaçons dans un régime semi-dilué et dynamiquement 'unentangled'. Le paramètre o est choisi de façon à ce que la durée de vie d'une chaîne moyenne soit plus courte que son temps de relaxation de Rouse le plus long. Nos analyses font apparaître une longueur dynamique A, le fiagrnent de chaîne dont la durée de vie TA est égale à son temps de Rouse. Nous trouvons que les propriétés telles que la rhéo-fluidification, l'orientation des chaînes et l'étirement des liens sont des fonctions du taux de cisaillement réduit PA= YT* , alors que la longueur moyenne des micelles est une fonction décroissante du taux de cisaillement, indépendamment de la barrière du processus scission/recombinaison / Statics, Dynamics, and Rheological properties of Micellar solutions by Computer Simulation Statics, dynamics, rheology and scission-recombination kinetics of self-assembling linear micelles are investigated at equlibrium state and under shear flow by computer simulations using a newly proposed mesoscopic model. We model the micelles as linear sequences of Brownian beads whose space-time evolution is governed by Langevin dynamics. A Monte Carlo algorithm controls the opening of a bond or the chain-end fusion. A kinetic parameter o, modelling the effect of a potential barrier along a kinetic path, is introduced in our model. For equilibrium state we focus on the analysis of short and long time behaviors of the scission and recombination mechanisms. Our results show that at time scales larger than the life time of the average chain length, the kinetics is in agreement with the mean-field kinetics model of Cates. By studying macroscopic relaxation phenomena such as the average micelle length evolution after a T-jump, the monomer diffusion, and the zero shear relaxation function, we confirm that the effective kinetic constants found are indeed the relevant parameters when macroscopic relaxation is coupled to the kinetics of micelles. For the non-equilibrium situation, we study the coupled effects of the shear flow and the scissionrecombination kinetics, on the structural and rheological properties of this micellar system. Our study is performed in semi-dilute and dynamically unentangled regime conditions. The explored parameter o range is chosen in order for the life time of the average size chain to remain shorter than its intrinsic (Rouse) longest relaxation time. Central to our analysis is the concept of dynamical unit of size A, the chain fiagrnent for which the life time TA and the Rouse time are equal. Shear thinning, chain orientation and bond stretching are found to depend upon the reduced shear rate P1\=y~A while the average micelle size is found to decrease with increasing shear rate, independently of the height of the barrier of the scission-recombination process

Résumé : Ce mémoire rapporte les premières mesures de fluctuations de courant émises par une jonction tunnel sur une large bande passante, de 0.3 à 13 GHz, à une température très basse de 35 mK. Cela nous a permis de réaliser la spectroscopie (i.e. mesurer la dépendance en fréquence) du bruit thermique (tension de polarisation nulle, température variable), bruit de grenaille (basse température, tension de biais variable) et bruit photo-assisté (tension de polarisation AC). Grâce à la large bande passante de nos mesures, nous pouvons calculer le corrélateur courant-courant dans le domaine temporel. Nous observons le déclin thermique de ce corrélateur ainsi que ses oscillations de période h/eV, une conséquence directe du principe de Pauli sur le transport quantique. // Abstract : This thesis reports the first measurements of the current fluctuations emitted by a tunnel junction with a very wide bandwidth, from 0.3 to 13 GHz, down to very low temperature T=35 mK. This allowed us to perform the spectroscopy (i.e., measure the frequency dependence) of thermal noise (no dc bias, variable temperature), shot noise (low temperature, variable dc voltage bias) and photon-assisted noise (ac bias). Thanks to the very wide bandwidth of our measurement, we can deduce the current-current correlator in time domain. We observe the thermal decay of this correlator as well as its oscillations with a period h/eV, a direct consequence of the effect of the Pauli principle in quantum transport.

Dans ce manuscrit, nous présentons des mesures haute résolution de chaleur spécifique Cp réalisées sur des anneaux mésoscopiques d'argent à très basses températures. Le but de cette expérience est de mettre en évidence une possible signature thermique due à la présence de courants permanents. Ce phénomène reste encore mal compris malgré de nombreuses expériences. Il existe en effet des contradictions entre les différents modèles théoriques et les résultats expérimentaux. L'approche thermique que nous exposons ici est un angle nouveau qui n'a jamais été exploré. Sous champ magnétique, une oscillation de période égale au quantum de flux Φ0=h/e (ou moitié) de Cp est attendue théoriquement. L'échantillon étudié est composé d'un grand nombre d'anneaux d'argent mésoscopiques déposés sur une membrane en silicium suspendue. Nous avons réalisé, à différentes températures, de multiples balayages en champ de la chaleur spécifique. Un traitement des signaux obtenus a ensuite été réalisé afin de repérer une éventuelle périodicité. Il a révélé la présence sur le signal de phase d'une oscillation de période h/2e n'apparaissant pas sur le module de la chaleur spécifique. Cette signature est maximale à 100mK. La fréquence et l'amplitude obtenues sont en accord avec les prédictions théoriques. La sensibilité atteinte est de ΔC~10^(-14)J/K sur le module (et de Δφ~10^(-2) degrés sur la phase) soit 10^(-21)J/K par anneau. Les résultats présentés ici apportent donc de nouveaux éléments dans l'analyse des courants permanents. / In this thesis, we report very high resolution specific heat measurements of normal metal mesoscopic silver rings at very low temperatures. The objective of this experiment is to measure the possible existence of thermal signatures due to the presence of persistent currents. This phenomenon is still misunderstood despite many measurements. Some contradictions exist between experimental results and the different theories. The thermal approach is a new point of view. Under magnetic field, the Cp variation is expected be periodic with the quantum of flux Φ0=h/e or half of the quantum of flux as it has been theoretically predicted. The studied samples is composed by a large number of silver rings with an electronic phase coherence length of few microns at low temperatures. They were deposited on the suspended membrane of a silicon sensor. We have realized, at different temperatures, a large number of identical scans of the heat capacity variation as a function of the applied field. A signal processing work on this data has then been realized to detect signal periodicities. It showed a difference between the module and the phase of the heat capacity. A peak can be observed on the FFT at a frequency corresponding to h/2e on the phase signal. The peak appears particularly at 100mK with a amplitude which is consistent with previous calculations. A sensitivity of ΔC~10^(-14)J/K on the module (Δφ~10^(-2) degrees on the phase) has been reached whether 10^(-21)J/K per ring. Thus, the presented experiences give new elements in the field of persistent currents.

Cette thèse est consacrée à l'étude du transport dans les nanostructures quantiques unidimensionnelles dont les propriétés sont étudiées en s'appuyant notamment sur le bruit en excès à fréquence finie. La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude du transport à travers une impureté dans un liquide de Luttinger couplée à un environnement électromagnétique arbitraire. L'impureté est traitée dans deux limites de transmission, la limite tunnel et la limite de faible rétrodiffusion. Les calculs sont menés dans le formalisme de Keldysh. Nous montrons ainsi que la théorie du blocage de Coulomb dynamique, établie pour une jonction tunnel couplée à un environnement à l'équilibre, demeure valide pour un liquide de Luttinger. Par ailleurs nous montrons que les relations de fluctuation dissipation reliant le bruit à fréquence finie au courant reste valide. Nous montrons que cette théorie peut également s'étendre dans la limite de faible rétrodiffusion à condition de prendre en compte la rétro-action du liquide électronique sur l'environnement. En revanche, les relations de fluctuation dissipation ne sont respectées que pour le bruit en émission. Dans une seconde partie nous intéressons effets d'une modulation radiofréquence sur les propriétés de transport des mêmes systèmes. Nous montrons notamment que ces effets peuvent être décrit par une théorie du blocage de Coulomb dynamique effective en convoluant la statistique d'absorption de photon avec la statistique de Tien-Gordon. Notons cependant que les relations de fluctuation dissipation ne sont plus vérifiées. Ces prédictions théoriques sont comparées aux résultats expériments obtenus par une équipe du SPEC au CEA de Saclay. Enfin nous étudions les propriétés de transport lorsque l'environnement, ici un oscillateur harmonique, est maintenu dans un état excité. Nous montrons que la présence de photons autorise d'une part le processus photo-assistés mais favorise également l'absorption de photons par des processus de bunching. Nous montrons finalement que les propriétés du transport s'obtiennent en convoluant la loi de Poisson du blocage de Coulomb avec la fonction caractéristique de Glauber de l'état peuplant l'oscillateur, menant à des statistiques exotiques. Ce dernier point nous permet d'utiliser ce système comme un détecteur d'état quantique. / This thesis discusses electronic transport in uni-dimensional quantum systems whose properties are studied with an extensive use of the finite-frequency non symmetrised excess noise. The first part focuses on transport through an impurity embedded in a Luttinger liquid coupled to an arbitrary electromagnetic environment. The impurity is treated in two paradigmatic situations : The tunneling and the weak backscattering regime. The out-of-equilibrium situation is dealt with the Keldysh Formalism. We show that the dynamical Coulomb blockade theory, extends to the case of a a tunnel junction between Luttinger liquids. Besides, fluctuations dissipation relations that link noise noise and current remain valid. In the transparent regime, we show that the dynamical Coulomb blockade theory applies to the backscattering current albeit back-action effects of the electronic liquid on the electromagnetic environment that have to be taken into account. Fluctuation-dissipation relations remain valid only for the emission noise. The second part focuses on the effects of a micro-wave modulation on the transport properties of the transport properties of these systems. An effective dynamical Coulomb blockade can be obtained by convolving the statistic of absorption of the environment with the Tien-Gordon statistic. Yet, the fluctuation dissipation relations are not verified in this case. These predictions are compared to the experimental results obtained by a team of the SPEC at the CEA Saclay. Last, we study the transport properties of a tunnel junction coupled to a harmonic oscillator maintained in an excited state. We show that the photons within the cavity lead to two distinct processes: photo-assisted transport that enhance the conductance, and bunching effects that enhance the probability to absorbe a large number of photons. An effective dynamical Coulomb blockade theory can also be derived by convolving the Poisson distribution with Glauber characteristic function leading to exotic statistics. These can be probed by excess noise which can thus be used as a quantum state detector.