Thèse doctorat : Images et Systèmes : Villeurbanne, INSA : 2005. / Thèse rédigée en anglais. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 87-99.

Thèse de doctorat : Mathématiques : Strasbourg 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 64-65.

Regensburg, Univ., Diss., 2008

Freiburg i. Br., Univ., Dipl.-Arb., 2005.

Proefschrift Rijksuniversiteit Groningen. / Met lit.opg.

Réseaux de capteurs sont des réseaux composés de petits objets répartis dans l'espace, appelés nœuds ou capteurs, qui travaillent en collaboration - échange de messages sans fil - sur la même application. Aujourd'hui, ces types des réseaux sont largement utilisés dans le suivi environnemental, industriel et les applications grand public et à des fins militaires. Dans ces travaux, nous nous attaquons à différents domaines de recherche dans les réseaux de capteurs: contrôle de topologie, la mobilité, la découverte de voisinage et d'expérimentation à grande échelle. Nous utilisons une réduction de graphe des plus proches voisins avec les données obtenues d'alimentation du nœud pour développer l'algorithme de contrôle de topologie. Cet algorithme conserve une connectivité du réseau dans les situations critiques où certains des capteurs épuisent de leurs batteries. Les paramètres de découverte de voisinage sont utilisés pour en déduire la mobilité relative des capteurs. Ensuite, ces paramètres sont adaptés avec la puissance d’ émission pour obtenir un algorithme efficace de découverte de voisinage. Les sites d'expérimentation à grands échelle sont un outil précieux pour développer et tester des algorithmes pour les réseaux de capteurs sans fil, mais ils ont aussi des défauts divers, le plus grand d'entre eux est le coût. Nous présentons une émulation de réseaux à grande échelle comme une solution. On utilise de petits réseaux avec un placement précis des capteurs qui permet la réplication de comportement ainsi émuler des réseaux à grande échelle. Les algorithmes sont testés et évalués sur le simulateur WSNet et pratiquement en utilisant la plate-forme SensLab et nœuds de capteurs WSN430. / Wireless sensor networks can be defined as networks of small spatially distributed devices, called sensor nodes, which are working cooperatively - exchanging messages wirelessly - on the same application. Today these kinds of networks are widely used in environmental monitoring, industrial and consumer applications and for military purposes. In this thesis we are tackling different areas of research in wireless sensor networks: topology control, mobility, neighborhood discovery and large scale experimentation. We are using relative neighborhood graph reduction along with power supply data obtained from the sensor node to develop topology control algorithm. This algorithm maintains connectivity of the network in critical situations when some of the sensors drain their batteries. Neighborhood discovery parameters are used to deduce relative mobility of the sensor nodes. Then these parameters are adapted with transmission range to obtain energy efficient neighborhood discovery algorithm. Large scale experimentation sites are valuable tool for developing and testing of algorithms for wireless sensor networks but they also have various deficiencies, the biggest of them is cost. We present emulation of large scale networks as a solution. It uses small networks with the specific placement of the sensor nodes which allows replicating thus emulating behavior of the large scale networks. Algorithms are tested and evaluated on the WSNet simulator and practically using the SensLab platform and WSN430 sensor nodes.

Habil.-Schrift Uniw. Mikołaja Kopernika, 2003.

This doctoral thesis investigates magneto-optical properties of mercury telluride layers grown tensile strained on cadmium telluride substrates. Here, layer thicknesses start above the usual quantum well thickness of about 20 nm and have a upper boundary around 100 nm due to lattice relaxation effects. This kind of layer system has been attributed to the material class of three-dimensional topological insulators in numerous publications. This class stands out due to intrinsic boundary states which cross the energetic band gap of the layer's bulk. In order to investigate the band structure properties in a narrow region around the Fermi edge, including possible boundary states, the method of highly precise time-domain Terahertz polarimetry is used. In the beginning, the state of the art of Teraherz technology at the start of this project is discussed, moving on to a detailed description and characterization of the self-built measurement setup. Typical standard deviation of a polarization rotation or ellipticity measurement are on the order of 10 to 100 millidegrees, according to the transmission strength through investigated samples. A range of polarization spectra, depending on external magnetic fields up to 10 Tesla, can be extracted from the time-domain signal via Fourier transformation. The identification of the actual band structure is done by modeling possible band structures by means of the envelope function approximation within the framework of the k·p method. First the bands are calculated based on well-established model parameters and from them the possible optical transitions and expected ellipticity spectra, all depending on external magnetic fields and the layer's charge carrier concentration. By comparing expected with measured spectra, the validity of k·p models with varying depths of detail is analyzed throughout this thesis. The rich information encoded in the ellipitcity spectra delivers key information for the attribution of single optical transitions, which are not part of pure absorption spectroscopy. For example, the sign of the ellipticity signals is linked to the mix of Landau levels which contribute to an optical transition, which shows direct evidence for bulk inversion asymmetry effects in the measured spectra. Throughout the thesis, the results are compared repeatedly with existing publications on the topic. It is shown that the models used there are often insufficient or, in worst case, plainly incorrect. Wherever meaningful and possible without greater detours, the differences to the conclusions that can be drawn from the k·p model are discussed. The analysis ends with a detailed look on remaining differences between model and measurement. It contains the quality of model parameters as well as different approaches to integrate electrostatic potentials that exist in the structures into the model. An outlook on possible future developments of the mercury cadmium telluride layer systems, as well as the application of the methods shown here onto further research questions concludes the thesis. / Diese Doktorarbeit untersucht die magneto-optischen Eigenschaften zugverspannter Quecksilbertelluridschichten auf Cadmiumtelluridsubstraten. Die Schichtdicken sind hierbei dicker als die gewöhnlicher Quantentrogsysteme bis etwa 20 nm und nach oben hin beschränkt durch Gitterrelaxationeffekte ab ca. 100 nm. Dieses Schichtsystem wurde in zahlreichen Publikationen der Materialklasse dreidimensionaler Topologischer Isolatoren zugeordnet, welche sich durch intrinsische Grenzflächenzustände auszeichnet, die energetisch in der Bandlücke des Schichtinneren liegen. Um die Eigenschaften der Bandstruktur im direkten Umfeld der Fermi-Kante, inklusive etwaiger Grenzflächenzustände, untersuchen zu können, kommt die Methode der hochpräzisen Zeitdomänen-Terahertz-Polarimetrie zum Einsatz. Der Stand der dazu nötigen Technik wird zu Beginn der Doktorarbeit einleitend diskutiert und der daraus entstandene Messaufbau wird im Detail beschrieben, sowie dessen Charakterisierung erläutert. Die typischerweise erzielbare Standardabweichung einer Messung liegt, je nach Transmissionsgrad der untersuchten Probenstrukturen, im Bereich weniger 10 bis 100 Tausendstel Grad für die Polarisationgrößen Rotation und Elliptizität. In Abhängigkeit externer Magnetfelder bis hin zu 10 Telsa ergeben sich so mittels Fourier-Transformation des Zeitsignals verschiedene Polarisationspektren. Der Rückschluss auf die zugrunde liegende Bandstruktur gelingt durch die Modellierung möglicher Bandstrukturen mittels der Einhüllenden-Funktionen-Näherung der k·p-Methode. Hierzu wird zunächst die Bandstruktur nach den gewählten Modellparametern berechnet und aus dieser wiederum die zu erwartenden Elliptizitätsspektren in Abhängigkeit des externen Magnetfeldes und der Ladungsträgerkonzentration berechnet. Aus dem Vergleich berechneter und tatsächlich gemessener Spektren wird im Laufe der Arbeit die Validität verschieden detaillierter k·p-Modelle analysiert. Die reichhaltigen Informationen aus der Elliptizitätsmesung liefern bei der Zuordnung einzelner optischer Übergänge entscheidende Hinweise, die in reiner Absorptionsspektroskopie nicht enthalten sind. So ist das Vorzeichen der Elliptizität verknüpft mit der Zusammensetzung der am optischen Übergang beteiligten Landau-Level Zustände. Dies ermöglicht einen direkten Nachweis sogenannter Bulk-Inversions-Asymmetrie-Effekte aus den Spektren. Im Verlauf der Arbeit wird zudem wiederholt ein Vergleich der Ergebnisse mit existierenden Publikationen gezogen, wobei sich zeigt, dass dort verwendete Modelle häufig unzureichend oder inkorrekt sind. Wo immer dies sinnvoll und ohne größeren Aufwand möglich ist, werden die Unterschiede zu Aussagen, die aus dem k·p-Modell heraus getroffen werden können, diskutiert. Zum Ende der Analyse hin wird verstärkt auf die Grenzen der k·p-Methode eingegangen und verbleibende Abweichungen zwischen Modell und Messung diskutiert. Dies beinhaltet sowohl die Qualität der verwendeten Modellparameter, als auch verschiedene Versuche, die in den Strukturen vorhandenen elektrostatischen Potentiale mit in die Modellierung zu integrieren. Abschließend wird ein Ausblick auf mögliche zukünftige Entwicklungen des Quecksilbercadmiumtellurid Schichtsystems und die Anwendung der hier vorgestellten Methodiken auf weitere Fragestellungen gegeben.

This thesis investigates the effects of electronic correlations – both for weak/intermediate as well as strong coupling – on different models. The focus is on systems that are topologically distinct from conventional metals and insulators. For a Dirac system, it is demonstrated that scattering rate and resistivity show a much stronger temperature dependence compared to the usual Fermi liquid. Consequently, scattering is much stronger suppressed close to the Fermi level. In the weak-coupling limit, these results are justified with analytic calculations, while dynamical mean-field theory calculations are used to confirm the stability of the results for coupling strengths up to the Mott transition. Upon doping the system, a crossover between this behavior with high exponents and a Fermi liquid-like behavior is found. For systems in the Mott phase, it is shown that the zeros of the Green’s function are closely related to the non-interacting band structure, thus preserving any symmetry-protected structures such as a Dirac cone in the dispersion. This result is derived ana-lytically in the strong-coupling limit and confirmed with numerical, non-perturbative many-body calculations using cluster extensions of dynamical mean-field theory, exact diagonalization and the slave-rotor method. For topological band structures, the zeros can obtain a topological character, leading to topological Mott insulators, which host zero edge-modes. The latter are spectroscopically invisible, but their presence can be revealed at interfaces with regular topological insulators via an annihilation of edge poles and edge zeros. These effects are shown for the one-dimensional Su–Schrieffer–Heeger model as well as the two-dimensional Bernevig-Hughes-Zhang and Kane-Mele models. It is further shown that gapless zeros are connected to gapless spinons, which leads to a spatial spin-charge separation at interfaces between topological insulators and topological Mott insulators. Along such an interface, only charge can be transported but no spin. Finally, it is shown how the knowledge of the zeros can be used to circumvent a breakdown of the Luttinger theorem. / In dieser Arbeit werden die Effekte elektronischer Korrelationen für unterschiedliche Modelle untersucht, sowohl für schwache/mittlere als auch für starke Wechselwirkungen. Der Fokus liegt hierbei auf Systemen, die sich von normalen Metallen unter- scheiden. Für ein Dirac-System wird gezeigt, dass die Streurate und der elektrische Widerstand deutlich stärker von der Temperatur abhängen als für eine normale Fermi-Flüssigkeit. Folglich ist die Streuung in der Nähe der Fermi-Energie sehr viel stärker unterdrückt. Diese Ergebnisse werden für schwache Wechselwirkung analytisch bewiesen und die Stabilität für größere Wechselwirkung, bis zum Mott- Übergang, mit dynamischer Molekularfeld-Theorie bestätigt. Wenn die Füllung des Systems geändert wird, tritt ein Übergang zwischen dem Dirac-Verhalten mit hohen Exponenten und einem Fermi-Flüssigkeiten-Verhalten auf. Für Systeme in der Mott-Phase wird gezeigt, dass die Nullen der Green’schen Funk- tion eng mit der nicht-wechselwirkenden Dispersion verbunden sind. Folglich sind symmetrie-geschützte Strukturen der Dispersion wie Dirac-Kegel in den Nullen er- halten. Dieses Ergebnis wird analytisch im Limes von starken Wechselwirkungen be- wiesen und mit numerischen, nicht-perturbativen Vielteilchenrechnungen bestätigt. Für diese werden Cluster-Erweiterungen von dynamischer Molekularfeld-Theorie, ex- akte Diagonalisierung und die Slave-Rotor-Methode verwendet. Für topologische Modelle bedeutet dies, dass die Nullen einen topologischen Charak- ter haben können, was zur Definition eines topologischen Mott-Isolators führt. Dieser zeichnet sich durch Randzustände in den Nullen aus. Solche Null-Randzustände sind spektroskopisch unsichtbar, lassen sich aber dadurch feststellen, dass sie einen regulären Randzustand annihilieren. Diese Effekte werden für das eindimensionale Su–Schrieffer–Heeger-Modell sowie die zweidimensionalen Bernevig-Hughes-Zhang und Kane-Mele Modelle gezeigt. Des Weiteren wird gezeigt, dass es eine Verbindung zwischen Null-Zuständen ohne Bandlücke und entsprechenden Spinon-Zuständen gibt. Dies führt zu einer räumlichen Trennung von Ladung und Spin an einem Übergang zwischen einem topologischen Isolator und einem topologischen Mott- Isolator. Entlang eines solchen Übergangs kann Ladung transportiert werden, aber kein Spin. Abschließend wird gezeigt, dass die Kenntnisse über die Nullen es er- lauben, das Zusammenbrechen des Luttinger-Theorem zu verhindern.

Il s'agit d'un document qui survole de manière informelle les travaux quej'ai présenté pour obtenir l'habilitation à diriger des recherches.<br />Ces travaux concernent les sous-variétés legendriennes, étudiées du point de vue de la théorie de Morse et de la combinatoire des fronts d'ondes.