Cette thèse utilise les micro-ondes pour étudier des circuits de boîtes quantiques à base de nanotubes de carbone. Dans une première expérience, l'excitation micro-onde est appliquée directement sur une électrode du circuit pour une boîte quantique dans le régime Kondo. Nous réalisons la première caractérisation fréquence-amplitude de la conductance Kondo à biais nul. Des données préliminaires sont en accord avec la prédiction d'universalité. Nous présentons deux autres expériences, où les boîtes quantiques sont insérées dans des résonateurs micro-ondes. Les photons de la cavité sondent la résistance de relaxation de charge et l'émission de photons dans une boîte quantique couplée à des réservoirs normaux et supraconducteurs, en présence de répulsion coulombienne. Nos observations valident une modélisation en termes de réponse linéaire du circuit. Nous présentons aussi la première implémentation d'une lame séparatrice à paires de Cooper en cavité. Le régime de couplage fort est atteint, une première avec des circuits de boîtes quantiques. Nos résultats renforcent l'idée que l'électrodynamique quantique mésoscopique est une boîte à outils fructueuse, aussi bien dans le contexte du domaine du transport quantique que dans celui de l'information quantique. / This thesis uses microwaves as probe of carbon nanotube quantum dot circuits. In a first experiment, a microwave excitation is directly applied to a circuit electrode for a quantum dot in the Kondo regime. We provide the first frequency-amplitude characterisation of the Kondo zero-bias conductance. Preliminary data are consistent with predicted universal behaviour. We present two other experiments, where quantum dot circuits are embedded in microwave resonators. Cavity photons probe charge relaxation resistance and photon-emission in a quantum dot coupled to normal and superconducting reservoirs in presence of Coulomb repulsion. Our observations validate a modelling in terms of the circuit linear response. We also present the first implementation of a Cooper pair splitter in cavity. The strong coupling regime is achieved, a premiere with quantum dot circuits. Our findings support the idea, that mesoscopic quantum electrodynamics is a fruitful toolbox in the context of both fields of quantum transport and quantum information science.

Over the past few decades, inorganic nanostructured materials have elicited a lot of interest due to their high surface-to-volume ratio and many size dependent properties which stem from their nanoscale dimensions. Owing to these distinct properties, they have found applications in widespread fields like catalysis, energy storage, electronics, and biotechnology. In the field of biotechnology, nanotubes and mesoporous materials are attractive vehicles for drug delivery because of their hollow and porous structures and facile surface functionalization. Their inner void can take up large amounts of drug as well as act as gates for the controlled release of drug. These hollow structures can also be used for confining biomolecules like proteins and peptides. The study on protein conformation in biocompatible materials is very important in materials sciences for the development of new and efficient biomaterials(sensors, drug delivery systems or planted devices). Titania(TiO2)has been widely explored for applications in photovoltaic cells, batteries, desalination, sensing, and photocatalysis, to name only a few. The work presented in this thesis focuses on titania based nanostructures for drug delivery and protein confinement. First part of the work focusses on synthesis and characterization of Fe-doped TiO2 nanotubes. Fe-doped TiO2 nanotubes were demonstrated as controlled drug delivery agents. In vitro cytotoxic effects of Fe-doped titania nanotubes were assessed by MTT assay by exposing Hela cell line to the nanotubes. Second part of the work focusses on synthesis and characterization of TiO2 nanotubes by two synthesis procedures, namely hydrothermal and sol-gel template synthesis. Myoglobin, a model globin protein was encapsulated in hydrothermally synthesized TiO 2 nanotubes(diameter 5 nm) and sol-gel template synthesized TiO2 nanotubes(diameter 200 nm). Effect of encapsulating myoglobin these nanotubes was studied. The electrochemical activity and structure of myoglobin were studied by cyclic voltammetry and circular dichroism respectively. Direct electron transfer was found to be enhanced upon confinement in 200 nm diameter nanotubes. No such enhancement was observed upon encapsulation in hydrothermally synthesized nanotubes. In addition to this, the thermal stability of myoglobin was found to be enhanced upon confinement inside 200 nm diameter TiO 2 nanotubes.

Le septum nasal joue un rôle prépondérant dans la croissance de l’étage moyen de la face et la physiologie ventilatoire. Sa solidité, sa rectitude et sa position sagittale sont déterminantes pour percevoir un confort respiratoire diurne et nocturne. Vulnérable aux traumatismes de part sa projection antérieure, la destruction ou l’inefficience de son squelette entraîne une demande de réparation fonctionnelle et esthétique. Dans les cas les plus sévères, le remplacement tissulaire fait appel à des volumineux greffons autologues pour lesquels la morbidité du site donneur et leurs imperfections propres restent un écueil. Pour les remplacer, certains biomatériaux ont été essayés de manière empirique sans donner de résultats fiables. Le premier objectif de notre travail été d’évaluer le comportement d’un implant phosphocalcique biphasique pour la reconstruction du septum nasal afin d’éviter ces greffons tout en répondant aux objectifs biofonctionnels locaux, au contact d’un milieu septique et susceptible d’être exposé aux particules aéroportées de l’environnement. Le deuxième objectif était d’évaluer la cytotoxicité des nanotubes de carbone à double paroi sur des cellules de l’arbre respiratoire, premier organe concerné par une exposition potentielle lors de leur fabrication. Par la suite, les résultats de ces deux sujets différents ont été utilisés de manière synergique pour répondre au troisième objectif qui était, d’évaluer l’influence des nanotubes de carbone sur la cicatrisation du septum nasal en présence ou non de l’implant phosphocalcique. / The nasal septum plays a paramount role in the growth of the face and respiratory physiology. Its solidity, its straightness and its sagittal position are determining to perceive a diurnal and night respiratory comfort. Vulnerable to the traumas, the destruction or the inefficiency of its skeleton involves request for a functional and aesthetic repair. In severe cases, the tissue replacement requires large autologous grafts for which the morbidity of the donor site and their own imperfections remain a problem. To replace them, certain biomaterials were tested in an empirical way without giving reliable results. The primary goal of our work was to evaluate the behaviour of a biphasic phosphocalcic implant to repair nasal septum in order to avoid these grafts with an adapted biofunctional implant, exposed to the septic nasal content and the airborne particles of the environment. The second objective was to evaluate the cytotoxicity of the double wall carbon nanotubes on epithelial respiratory cells, first organ concerned by a potential exposure during their manufacture. Thereafter, the results of these two different subjects were used in a synergistic way to answer the third objective which was, to evaluate the influence of the carbon nanotubes on the cicatrization of the nasal septum in presence or not of the phosphocalcic implant.

Au cours de ce travail de thèse à caractère expérimental, nous nous sommes attachés à mesurer les spectres absolus de section efficace d’absorption de nanotubes de carbone individuels placés dans différents environnements. Pour ce faire, nous avons développé un dispositif expérimental basé sur la technique de spectroscopie à modulation spatiale qui permet d’accéder de manière directe à la section efficace d’absorption de nano-objets individuels. Cette méthode ne requière aucun a priori sur les propriétés des nanotubes, et très important nous affranchit des effets d’ensemble. Ainsi, nous avons pu étudier les propriétés d’absorption de nanotubes individuels simple et double parois dans les environnements suivants : suspendus librement, agrégés en petit fagot, et déposés sur substrat. Plus précisément, l’évolution de l’absorption excitonique des nanotubes est analysée en fonction des paramètres structuraux (diamètre, nombre de parois, chiralité) et de l’environnement de ces derniers. Un autre aspect de cette thèse a pour objet l’analyse des propriétés de transport électronique des nanotubes de carbone soumis à des pressions hydrostatiques de gaz de l’ordre du gigapascal, avec la possibilité d’accéder au régime des basses températures. Ici, nous nous sommes concentrés sur l’étude de transistors à effet de champ composés de petits fagots de nanotubes de carbone contactés à leurs extrémités par des électrodes en palladium. Dans ce cadre, nous avons notamment réalisé la première observation de l’effet de blocage de Coulomb sous pression. Au final, ce travail de thèse a permis d’analyser les propriétés optiques et électroniques intrinsèques aux nanotubes de carbone et leur évolution sous l’effet de différents environnements (écrantage diélectrique, dopage chimique, contrainte mécanique et pression hydrostatique). Ce travail a pu être réalisé grâce au développement de nouvelles techniques permettant de sonder ces propriétés au niveau du nanotube individuel / In this dissertation, we report on the experimental investigation of the optical properties of single- and double-wall carbon nanotubes. Despite numerous studies performed using photoluminescence or Raman and Rayleigh scattering, knowledge of their optical response is still partial. In particular direct quantitative measurement of their absorption cross-section has not been achieved yet. Using spatial modulation spectroscopy we have determined, over a broad optical spectral range, the spectrum and amplitude of the absorption cross-section of identified individual single- and double-wall carbon nanotubes. These quantitative measurements permit the determination of the oscillator strength of the different excitonic resonances. Furthermore, investigation of the same nanotube, either a single-wall or double-wall nanotube, freestanding or deposited on a substrate shows large broadening with increase of oscillator strength of the excitonic resonances, as well as stark weakening of polarization dependent antenna effects, due to nanotube-substrate interaction. Similar study on nanotube bundles and double-wall nanotubes demonstrate the importance of inter-tube and inter-wall exciton coupling effects which seem to be of different nature in these two types of sample. The second part of this thesis studies electrical transport in carbon nanotube bundles under high pressure condition and low temperature. The behavior of nanotubebased field-effect transistors has been investigated, in the classical and Coulomb blockade regime, under gas-pressure up to 0.9 GPa. Overall, this dissertation communicates on the quantitative analysis of the absorption and electronic properties of carbon nanotubes and how they are influenced by various environmental effects such as dielectric screening, stress induced strain, hydrostatic pressure, or chemical doping. The novelty of this work is to address these issues at the single nanotube level

Le but de cette thèse est d’étudier les structures obtenues à partir des groupes de réflexion finis. Ce travail consiste en quatre articles publiés, un article soumis et un article en préparation dont les résultats partiels constituent un chapitre de cette thèse. Dans le premier article, nous présentons une réduction des orbites des groupes de Coxeter finis vers leurs sous-groupes. Nous utilisons des matrices de projection, c’est-à-dire, des applications qui transforment les racines simples d’un groupe de réflexion en les racines simples du sous-groupe associé. Les résultats présentés dans ce papier se concentrent sur les groupes finis de réflexion non crystallographiques. De plus, nous utilisons les polytopes engendrés par le groupe non crystallographique H3 pour illustrer les lois de ramification (branching rules), c’est-à-dire une réduction des orbites des groupes finis de Coxeter. Dans le deuxième article, nous étudions les polytopes avec 60 sommets engendrés par le groupe non crystallographique H3. Nous utilisons la méthode de décoration des diagrammes de Coxeter–Dynkin pour décrire leurs structures en détails et décomposer les sommets en somme des orbits de symétries de dimension inférieure. Le troisième article compare deux notations utilisées pour décrire le polyèdre engendré par le groupe de réflexion. Il s’agit du symbole de Schläfli et de la notation des points dominants. Nous y présentons les avantages de chaque méthode, expliquons les deux approches et nous les illustrons par des exemples. Dans le quatrième article, nous nous concentrons sur le graphène, c’est-à-dire un pavement d’hexagones sur le plan, qui possède de remarquables propriétés quand les sommets sont modélisés par des atomes de carbone. Dans ce travail, nous présentons différentes méthodes pour obtenir du graphène à partir de réseaux (lattices) et des orbites de dimension 3 des groupes finis de réflexion. De plus, une technique de coloriage des hexagones au moyen d’un nombre fini de couleurs est donnée avec une méthode systématique pour raffiner le graphène. Dans le cinquième article, nous utilisons des v fonctions spéciales et les transformations de Fourier pour traiter les données échantillonnées sur un réseau de carrés du groupe de Lie SU(2)×SU(2), relié au groupe de symétrie A1×A1. / The goal of this thesis is to study structures obtained from finite reflection groups. The work is contained in four published papers, one submitted article and a research paper currently in preparation, with partial results presented as a chapter of this thesis. In the first article, we present a reduction of the orbits of finite Coxeter groups to their subgroups. We use projection matrices, that is, mappings that transform the simple roots of a reflection group to the simple roots of the appropriate subgroup. The results presented in this paper focus on non-crystallographic finite reflection groups. Moreover, we use polytopes generated by the non-crystallographic group H3 to illustrate the obtained branching rules, i.e., reductions of orbits of the finite Coxeter groups. In the second article, we study polytopes with 60 vertices, generated by the non-crystallographic group H3. We use a method of decoration of the Coxeter–Dynkin diagram to describe their structure in detail, and decompose their vertices into sums of orbits of lower-dimensional symmetries. The third article compares two notations used to describe polyhedra generated by reflection groups, namely the Schläfli symbol, and the dominant point notation. Here, we present the advantages of each method, we explain the two approaches, and we illustrate them through examples. In the fourth article, we focus on graphene, i.e., a hexagonal tiling of the plane that possesses remarkable properties when the vertices are modelled with carbon atoms. In this work, we present different methods to obtain graphene from lattices and three-dimensional orbits of finite reflection groups. Moreover, a technique to colour the hexagons by a finite number of colours is provided, along with a systematic method to refine the graphene. In the fifth article, we use special functions and Fourier transforms to process data sampled on a square lattice of the Lie group SU(2) × SU(2), related to the A1 × A1 symmetry group.

Downscaling of the contact length Lc of a side-contacted carbon nanotube field-effect transistor (CNTFET) is challenging because of the rapidly increasing contact resistance as Lc falls below 20–50 nm. If in agreement with existing experimental results, theoretical work might answer the question, which metals yield the lowest CNT–metal contact resistance and what physical mechanisms govern the geometry dependence of the contact resistance. However, at the scale of 10 nm, parameter-free models of electron transport become computationally prohibitively expensive. In our work we used a dedicated combination of the Green function formalism and density functional theory to perform an overall ab initio simulation of extended CNT–metal contacts of an arbitrary length (including infinite), a previously not achievable level of simulations. We provide a systematic and comprehensive discussion of metal–CNT contact properties as a function of the metal type and the contact length. We have found and been able to explain very uncommon relations between chemical, physical and electrical properties observed in CNT–metal contacts. The calculated electrical characteristics are in reasonable quantitative agreement and exhibit similar trends as the latest experimental data in terms of: (i) contact resistance for Lc = ∞, (ii) scaling of contact resistance Rc(Lc); (iii) metal-defined polarity of a CNTFET. Our results can guide technology development and contact material selection for downscaling the length of side-contacts below 10 nm.

Dans cette thèse, nous étudions des circuits de boîtes quantiques à base de nanotubes de carbone intégrés dans une cavité micro-onde. Cette architecture générale permet de sonder le circuit en utilisant simultanément des mesures de transport et des techniques propre au domaine de l’Electrodynamique quantique sur circuit. Les deux expériences réalisées durant cette thèse exploitent la capacité des métaux de contact à induire des corrélations de spins dans les boites quantiques. La première expérience est l’étude d’une lame s´séparatrice à paires de Cooper, initialement imaginée comme une source d’électrons intriqués. Le couplage du circuit aux photons dans la cavité permet de sonder la dynamique interne du circuit, et a permis d’observer des transitions de charge habillées par le processus de séparation des paires de Cooper. Le couplage fort entre une transition de charge dans un circuit de boîtes quantiques et des photons en cavité, a été observée pour la première fois dans ce circuit. Une nouvelle technique de fabrication a aussi été développé pour intégrer un nanotube de carbone cristallin au sein du circuit de boîtes quantiques. La pureté et l’accordabilité de cette nouvelle génération de circuit a rendu possible la seconde expérience. Cette dernière utilise deux vannes de spins non colinéaire afin de produire une interface cohérente entre le spin d’un électron dans une double boite quantique, et un photon dans une cavité. Des transitions de spins très cohérentes ont été observée, et nous donnons un modèle sur l’origine de la décohérence du spin comprenant le bruit en charge et les fluctuations des spins nucléaires. / In this thesis, we study carbon nanotubes based quantum dot circuits embedded in a microwave cavity. This general architecture allows one to simultaneously probe the circuit via quantum transport measurements and using circuit quantum electrodynamics techniques. The two experiments realized in this thesis use metallic contacts of the circuit as a resource to engineer a spin sensitive spectrum in the quantum dots. The first one is a Cooper pair splitter which was originally proposed as a source of non local entangled electrons. By using cavity photons as a probe of the circuit internal dynamics, we observed a charge transition dressed by coherent Cooper pair splitting. Strong charge-photon coupling in a quantum dot circuit was demonstrated for the first time in such a circuit. A new fabrication technique has also been developed to integrate pristine carbon nanotubes inside quantum dot circuits. The purity and tunability of this new generation of devices has made possible the realization of the second experiment. In the latter, we uses two non-collinear spin-valves to create a coherent interface between an electronic spin in a double quantum dot and a photon in a cavity. Highly coherent spin transitions have been observed. We provide a model for the decoherence based on charge noise and nuclear spin fluctuations.

<p>Ispitana je kinetika i mehanizam fotokatalitičke&nbsp;razgradnje herbicida kvinmeraka i klomazona u prisustvu&nbsp;UV/TiO₂&nbsp; Degussa P25, odnosno piklorama i&nbsp; klopiralida&nbsp;<br />primenom UV/TiO₂&nbsp; Wackherr pri različitim&nbsp;eksperimentalnim uslovima. Praćena je i kinetika&nbsp;razgradnje odabranih herbicida direktnom fotolizom uz&nbsp;primenu sunčevog, UV i vidljivog zračenja, kao i u&nbsp;odsustvu svetlosti. Pored toga, upoređena je efikasnost&nbsp;<br />UV/TiO₂&nbsp; Degussa P25, odnosno UV/TiO₂&nbsp; Wackherr sa&nbsp;vidljivim zračenjem, kao i direktnom fotolizom u&nbsp;prisustvu pomenutih izvora svetlosti.&nbsp; U cilju procene&nbsp;<br />citotoksičnosti klomazona i klopiralida, kao i sme&scaron;e&nbsp;klomazona i klopiralida i njihovih intermedijera nastalih&nbsp;tokom fotokatalitičke razgradnje ispitan je&nbsp; in vitro&nbsp; rast&nbsp;<br />ćelijskih linija&nbsp; MRC-5 i H-4-II-E.&nbsp; Nakon ispitivanja&nbsp;fotokatalitičke razgradnje odabranih herbicida u dvaput&nbsp;destilovanoj vodi, praćena je njihova razgradnja i u&nbsp;prirodnim vodama. Takođe, ispitan je uticaj dodatka&nbsp;hidrogenkarbonata i huminske kiseline na efikasnost&nbsp;razgradnje odabranih herbicida. Fotokatalitička razgradnja&nbsp;klomazona, piklorama i mekopropa je ispitivana i u&nbsp;prisustvu UV/TiO₂&nbsp; nanocevi. Aktivnost katalizatora TiO_2&nbsp;Wackherr&nbsp; i TiO₂&nbsp; nanocevi je upoređena sa TiO₂&nbsp; Degussa&nbsp;P25.</p> / <p>The kinetics and mechanism of photocatalytic degradation&nbsp;of the herbicides quinmerac and clomazone in the&nbsp;presence of UV/TiO₂&nbsp; Degussa P25, and of picloram and&nbsp;clopyralid using UV/TiO₂&nbsp; Wackherr under different&nbsp;experimental conditions were studied. The kinetics of&nbsp;degradation of selected herbicides by direct photolysis&nbsp;using sunlight, UV and visible radiation, and in the&nbsp;absence of light were followed. In addition, the&nbsp;efficiencies of UV/TiO₂&nbsp; Degussa P25 and UV/TiO_2&nbsp;Wackherr &nbsp;were compared with visible radiation and direct&nbsp;photolysis in the presence of the above mentioned light&nbsp;sources. In order to evaluate the cytotoxicity of clomazone&nbsp;<br />and clopyralid alone and in their mixture with&nbsp;intermediates formed during the photocatalytic&nbsp;degradation, in vitro growth of cell lines, MRC-5 and H-4-II-E was followed. After examining&nbsp; the photocatalytic&nbsp;degradation of selected herbicides in double distilled&nbsp;water, their decomposition in natural waters was also&nbsp;followed. Also, the influence of hydrogencarbonate and&nbsp;humic acid addition on the efficiency of degradation of&nbsp;selected herbicides was studied. Photocatalytic&nbsp;degradations of clomazone, picloram and mecoprop were&nbsp;investigated in the presence of UV/TiO_2&nbsp;nanotubes. Activities of the catalysts TiO₂&nbsp; Wackherr and TiO_2&nbsp;nanotubes were compared to TiO₂ Degussa P25.</p>

Nanotubular structures from a new family of misfit compounds LnS–TaS₂ with (Ln = La, Ce, Nd, Ho, Er) and LaSe–TaSe₂ (some of them not known hitherto) are reported. Stress relaxation originating from the lattice mismatch between the alternating LnS(Se) and TaS₂(Se) layers, combined with seaming of the dangling bonds in the rim, leads to the formation of a variety of nanotubular structures. Their structures are studied via scanning electron microscopy (SEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), scanning transmission electron microscopy (STEM) and selected area electron diffraction (SAED). Tubules exhibiting a single folding vector for the LnS(Se) as well as TaS₂(Se) layers were often found. The small values of the c-axis periodicities are indicative of a strong interaction between the two constituent layers which was also supported by Raman spectroscopy and theoretical calculations.

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