We present an effective field theory for interacting electrons in clean semimetals (both three dimensional Dirac semimetals and graphene) in terms of their soft or massless bosonic degrees of freedom. We show, by means of a Ward identity, that the intrinsic semimetal ground state breaks the Sp(4M) symmetry of the theory. In Fermi liquids this enables one to identify the massive, non-Goldstone modes of the theory and integrate them out. Due to the vanishing density of states in semimetals, unlike in Fermi liquids, both Goldstone and non-Goldstone modes are equally soft, and so all two-particle correlations need to be kept. The resulting theory is not perturbative with respect to the electron-electron interaction; rather, it is controlled by means of a systematic loop expansion and allows one to determine the exact asymptotic form of observables in the limits of small frequencies and/or wave vectors. Equivalently, it provides a mechanism of determining the long time-tail and long wavelength behavior of observables and excitations. As a representative application, we use the theory to compute the zero-bias anomaly for the density of states for both short and long-range interactions in two and three dimensions. We find that the leading nonanalyticity in semimetals with a long-ranged interaction appears at the same order in frequency as the one in Fermi liquids, since the effects of the vanishing density of states at the Fermi level are offset by the breakdown of screening. Consequently, we are able to provide a logical scheme to determine the leading non-analytical behavior of observables in semimetals using knowledge of the corresponding non-analyticities in a Fermi liquid. / 2020-01-11

Les matériaux ferroélectriques possédant des propriétés diélectriques géantes font l’objet d’une grande attention scientifique, en grande partie à cause de leur utilisation et potentialités futures dans les dispositifs technologiques, en particulier en microélectronique. L’intérêt de ce travail porte sur l’étude des propriétés vibrationnelles de deux systèmes modèles : le relaxeur PbMg1/3Nb2/3O3 (PMN) monocristallin, et des nano-céramiques de SrTiO3 de tailles de grains contrôlées. Les travaux ont été menés essentiellement par une technique non-linéaire optique originale, la diffusion hyper-Raman (HR) de la lumière, et une attention particulière a été portée aux vibrations de basse fréquence. Des modèles structuraux pu être développés pour relier les signatures spectrales aux propriétés diélectriques de ses systèmes.Dans un premier temps, la spectroscopie hyper-Raman a été poussée à ses limites et a permis d’aboutir à une description convaincante de la dynamique de la polarisation électrique de PMN dans le domaine THz et ce, sur une gamme de température couvrant l’ensemble des différents états relaxeurs. L’hypothèse très répandue mettant en avant l’existence de deux modes mous polaires a ainsi pu être exclue. Les anomalies spectrales à haute température s’expliquent par un couplage entre un mode mou ferroélectrique unique et une vibration non-polaire dont le comportement est indépendant de la température. En refroidissant, l’éclatement du mode mou ferroélectrique révèle la formation d’une anisotropie polaire en dessous de 400-500 K. L’ensemble des modifications spectrales a été capturé dans un modèle simple qui rend également compte de la dépendance en température de la permittivité diélectrique.Dans une seconde partie, les expériences hyper-Raman ont été menées dans deux céramiques de titanate de strontium (SrTiO3) possédant des tailles de grains différentes, 80 nm et 150 nm. L’avantage de la diffusion hyper-Raman pour cette étude est sa propension à sonder les réponses spectrales individuelles du coeur et de la coquille des grains, alors que les techniques usuelles d’absorption infrarouge sondent un milieu effectif moyen. L’analyse spectrale révèle des propriétés de grains identiques dans les deux céramiques : même valeur et même dépendance en température de l’épaisseur de la coquille entourant le cœur, et permittivités diélectriques de cœur ainsi que de coquille identiques dans les deux cas. Un modèle structural reliant les propriétés vibrationnelles et la permittivité diélectrique effective confirme l’existence de deux coquilles entourant le cœur des grains.Ces travaux montrent par ailleurs qu’entre 150 nm et 80 nm, la diminution des propriétés diélectriques est principalement liée au rapport des volumes entre le cœur (haute permittivité) et les coquilles (basses permittivités). / Materials that exhibit giant dielectric properties have received a huge amount of attention from the scientific and industrial communities due to their potentialities and applications in technological devices, in particular for microelectronic applications. In this work, we are interested in studying the vibrational properties of a prototypical relaxor single crystal, PbMg1/3Nb2/3O3 (PMN), as well as nanoceramics of SrTiO3 (STO) with controlled grain sizes. The experiments have been mostly performed by hyper-Raman scattering (HRS), an original non-linear inelastic light scattering spectroscopy. Special attention was devoted to low frequency vibrations, and structural models were developed to relate the vibrational signatures to the giant dielectric responses of these systems.HRS spectroscopy was pushed towards its limit and provided a comprehensive picture of the polarization dynamics of PMN in the THz-range within the whole temperature sequence of its characteristic relaxor states. The widespread hypothesis of two paraelectric soft modes is convincingly excluded. The observation of the split ferroelectric mode reveals the local anisotropy below about 400 K. In contrast, the spectral anomalies observed at higher temperatures are explained as due to avoided crossing of the primary polar soft mode with a temperature-independent, non-polar spectral feature. The temperature changes of the vibrational modes involved in the measured fluctuation spectra of PMN were captured in a simple model that accounts for the temperature dependence of the dielectric permittivity as well.On the other hand, HRS experiments were carried-out on STO single crystal and nano-ceramics of different grain sizes, 80nm and 150nm. Contrary to IR-absorption which gives an effective spectral response of the core and the shell(s) constituting the grains, we show that hyper-Raman provides information of the individual core and shell responses. The spectral analysis reveals that except from their volume, the grains in the two ceramics exhibit very similar structures and properties: same value and temperature dependence of the shell thickness surrounding the core, and same dielectric response of the core as well as of the shell in the two samples. Structural models relating the vibrational properties to the effective dielectric permittivity were developed, and confirm that in STO the grains are composed by one core and two surrounding shells. We demonstrate that between 150 nm and 80 nm the decrease of the effective dielectric permittivity with grain size relates mostly to a change in core and shell volume fraction.

Infrared Spectroscopy of Multiferroics Author: Veronica Goian Institute: Department of Dielectrics, Institute of Physics of the Academy of Sciences, Na Slovance 2, 182 21 Prague 8 Abstract: We have investigated numerous multiferroic and magnetoelectric materials mainly using infrared (IR) spectroscopy. Nevertheless, the studies were frequently combined with radio-frequency, microwave, THz, Raman and structural measurements provided by our colleagues, as well as by magnetic and elastic investigations, where we participated. Our main aim was the complex study of quantum-paraelectric antiferromagnet EuTiO3 in the form of crystals, ceramics and thin films. Near 300 K we have discovered an antiferrodistorive phase transition from cubic mPm3 to tetragonal I4/mcm structure in bulk EuTiO3 and explained its low-frequency dielectric properties by anomalous polar phonon behavior. Large and anisotropic magnetodielectric effect, which we found in EuTiO3, was successfully explained and experimentally confirmed by observation of tuning of phonon frequency with magnetic field. Our IR studies of tensile strained EuTiO3 thin films revealed a displacive ferroelectric phase transition near 250 K. Our American colleagues revealed the ferromagnetic order below 4.2 K in the same strained EuTiO3 thin film. In such way we have...

Cette thèse est consacrée au phénomène du renouveau de la marche en milieu urbain. Depuis une dizaine d’années, un grand nombre de villes en Europe et ailleurs ont entamé une réflexion en profondeur sur la promotion de la marche sur leur territoire. Cette démarche est accompagnée d’opérations de valorisation urbanistique, à différentes échelles, dans une optique de développement intégré de la ville dite multimodale. La marche est ici considérée non pas uniquement pour elle-même, mais en tant que pivot de la multimodalité. Ce thème porteur de nouvelles dynamiques d’aménagement qui transforment le fait urbain est analysé à partir d’un cadre théorique transversal à la croisée de l’urbanisme, la géographie, la sociologie et l’anthropologie urbaines. La méthode employée est fondée sur l’observation participante multi-terrains, prenant comme cas d’étude principaux Lausanne, Genève et Bilbao. A partir des expériences menées par ces villes pour promouvoir la marche à différentes échelles, la thèse construit son plaidoyer autour de l’échelle de l’agglomération, envisagée comme la seule à même de pouvoir véritablement assurer le renouveau de la marche dans le contexte de la ville du XXIe siècle. Ce plaidoyer récapitule les raisons qui font de cette nouvelle échelle de réflexion, a priori inattendue, une étape nécessaire pour garantir l’intégration de la marche au sein de stratégies multimodales complexes au sein de bassins de vie toujours plus étendus. La thèse passe ainsi en revue diverses actions pour redonner à la marche ses lettres de noblesse et lui assurer la place qui lui revient au sein du système de mobilité complexe qui fonde aujourd’hui le monde urbain. / This thesis deals with the renewal of walking in the urban realm since the last decade. A great number of cities in Europe and abroad have been promoting walking since the year 2000 with renewed energy. This trend accompanies operations of urban renewal through different scales within the integrated framework of new urbanism, transit-oriented development, to match the desire of these urban authorities to make their territory a more walkable place in order to become sustainable and liveable cities. These changes are analysed through the intricated prisma of several urban disciplines, namely geography, sociology and anthropology. A multi-site participant observation methodology has been applied to the case studies of Lausanne, Geneva and Bilbao to extract from their experiences the utmost in walking promotion tools and positive visions for a walkable future. The hypothesis of this work is based on the bold assumption that the scale of the agglomeration is the best scale today to think and plan for walking in our urban scattered environments. Walking is therefore to be considered beyond proximity alone. It is better taken when synergies may evolve from intertwining its nearness dynamics with the potential offered by the scale and speed of other modes of transport, namely public transport and shared modes. Within this framework of thought, the thesis reviews facts and figures as well as best practices in order to give walking the place it deserves within our multimodal world.