Second harmonic (SH) microscopy represents a powerful tool for the investigation of crystalline systems, such as ferroelectrics and their domain walls (DWs). Under the condition of normal dispersion, i.e., the refractive index at the SH wavelength is larger as compared to the refractive index at the fundamental wavelength, n(2ω) . n(ω), bulk crystals will generate no SH signal. Should the bulk, however, contain DWs, an appreciable SH signal will still be detectable at the location of DWs stemming from the Čerenkov mechanism. In this work, we demonstrate both how SH signals are generated in bulk media and how the Čerenkov mechanism can be inhibited by using anomalous dispersion, i.e., n(ω) . n(2ω). This allows us to quantitatively estimate the relative strength of the Čerenkov compared to other SH contrast mechanisms in DWs, such as the interference contrast. The results are in agreement with previous experiments based on the geometric separation of the signals. Due to the observed, strong Čerenkov contrast, such signal contributions may not be neglected in polarimetry studies of ferroelectric DWs in the future.

<p dir="ltr">Since the discovery of graphene in 2004, numerous other materials with intriguing electronic, optical, and magnetic properties have been found to be layered and exfoliatable down to atomic thickness. Owing to their weak interlayer coupling, mediated only by van der Waals forces, this new class of 2-dimensional materials, also known as van der Waals (vdW) materials, allows layer-by-layer stacking, overcoming some of the limitations of growth techniques. In particular, the growing inventory of vdW materials has expanded to include magnetic materials, further broadening the possibilities of novel devices based on stacked heterostructures. These magnetic heterostructures can find applications in spintronics and memory devices and may be combined with other vdW materials with optical properties for applications in optoelectronics. In this thesis, we assembled heterostructures via mechanical transfer or growth to modify the magnetism in these vdW materials. We used various optical and electrical techniques to probe the modified magnetism or its effects on the novel heterostructure. Thus, we observed the emergence of the magnetic proximity effect on the topological insulator BiSbTeSe₂ after dry transferring a thin flake of Cr₂Ge₂Te₆ on top, taking steps towards the observation of novel topological phases, such as the quantum Hall insulator. Additionally, we demonstrated an increased Curie temperature and magnetic anisotropy, effectively enhancing the magnetism, in thin flakes of Cr₂Ge₂Te₆ and Cr₂Si₂Te₆ after sputtering NiO or MgO. Finally, noting that the effect of modified magnetism in Cr2Ge2Te6 after sputtering NiO or MgO is induced due to wrinkle formation and strain, we further reproduce similar wrinkle formation on other 2D materials such as hBN, graphite, and 2D antiferromagnets (XPS₃, (X= Mn, Fe, Ni), CrSBr, RuCl₃). We used polarized Raman spectroscopy to characterize the induced biaxial strain in hBN and showed that such wrinkle formation can lead to moderately (up to 1.4% strain) spatially inhomogeneous and anisotropic strain profiles. These efforts demonstrate the versatility of tailoring the properties of these vdW materials.</p>

Metamaterials are humanly engineered artificial electromagnetic materials which produce electromagnetic properties that are unusual, yet can be observed readily in nature. These unconventional properties are not a result of the material composition but rather of the structure formed. The objective of this thesis is to investigate and design smaller and wideband metamaterial-inspired antennas for personal communication applications, especially for WiMAX, lower band and higher band WLAN applications. These antennas have been simulated using HFSS Structure Simulator and CST Microwave Studio software. The first design to be analysed is a low-profile metamaterial-inspired CPW-Fed monopole antenna for WLAN applications. The antenna is based on a simple strip loaded with a rectangular patch incorporating a zigzag E-shape metamaterial-inspired unit cell to enable miniaturization effect. Secondly, a physically compact, CSRR loaded monopole antenna with DGS has been proposed for WiMAX/WLAN operations. The introduction of CSRR induces frequency at lower WLAN 2.45 GHz band while the DGS has provided bandwidth enhancement in WiMAX and upper WLAN frequency bands, keeping the radiation pattern stable. The next class of antenna is a compact cloud-shaped monopole antenna consisting of a staircase-shaped DGS has been proposed for UWB operation ranges from 3.1 GHz to 10.6 GHz. The novel shaped antenna along with carefully designed DGS has resulted in a positive gain throughout the operational bandwidth. Finally, a quad-band, CPW-Fed metamaterial-inspired antenna with CRLH-TL and EBG is designed for multi-band: Satellite, LTE, WiMAX and WLAN.

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Le travail illustré par ce manuscrit de thèse présente l'étude structurale d'hétéro-structures semi-conductrices à base de nitrures d'éléments III avec l'un des outils les plus puissants de la recherche scientifique: le rayonnement synchrotron. La cartographie haute résolution de l'espace réciproque, la diffraction anomale multi-longueur d'onde, la spectroscopie d'absorption X et la spectroscopie en condition de diffraction nous ont permis de caractériser la structure à l'échelle atomique de différentes régions d'un même système. Dans un premier temps, nous montrons que les nanofils GaN sur Si(111) ont une polarité N et proposons un mécanisme de nucléation. Dans un second temps, nous mettons en évidence un phénomène d'inter-diffusion stimulée par la contrainte dans les boîtes quantiques GaN / AlN recuites à haute température. Enfin, nous observons la présence d'un ordre local à courte distance dans les nanofils coeur-coquille InGaN / GaN. Cette organisation atomique pourrait être induite par la présence de contrainte, nous avons initié une étude de l'anisotropie de l'ordre à courte distance pour explorer cette hypothèse. / The work presented in this manuscript deals with the structural investigation of III-nitrides semiconductor heterostructures with one of the most powerful tools of materials science: the synchrotron radiation. We used high resolution reciprocal space mapping, multi-wavelenght anomalous diffraction, x-rays absorption spectroscopy and diffraction anomalous fine structure to characterize the structure at the atomic scale of complex nano-structured systems. First, we show that GaN nanowires on Si(111) are N-polar and we suggest a nucleation mecanism. Then, we highlight a strain assited inter-diffusion phenomenon in the GaN / AlN quantum dots annealed at high temperature. Finally, we observe the presence of short-range order in InGaN / GaN core-shell nanowires. This atomic organization could be induced by the presence of stress and we have begun a study of the anisotropic ordering to explore this hypothesis.

Cette thèse présente le mesure des sections efficaces de production WW MS et la détermination des couplages triples (TGCs) correspondants en utilisant ces 4.7 ${rm fb}^{-1}$ de donnes 2011 de collision $pp$. Ces mesures permettent un test contraignant du secteur 'électrofaible non abélien $SU(2) times U(1)$ du Modèle Standard; donnent l'opportunité de sonder la nouvelle physique `a travers les couplages triples anormaux de bosons de jauge (aTGCs) qui seront observés dans la distribution des variables cinématiques des WW produits ou de leurs produits de désintégration finaux dans le secteur de haute 'énergie; et permettent d'avoir une bonne compréhension du bruit de fond irréductible dans la recherche du boson de Higgs dans le canal de d'esint'egration $H rightarrow W^{+}W^{-}$.Ce travail de th`ese donne un base solide pour les mesures `a venir de la production WW avec les $sim$25 ${rm fb}^{-1}$ de luminosité intègré de donnes a 8 TeV prévue pour la fin 2012, qui conduiront vers une amélioration de la précision et des limites plus strictes sur les aTGCs. / This thesis presents a measurement of the SM WW production cross section and the determination of the corresponding limits on anomalous triple gauge boson couplings (aTGCs), using the 2011 4.7 ${rm fb}^{-1}$ $pp$ collisions data at 7 TeV collected in 2011. The measurement allows for a stringent test of the non-Abelian $SU(2) times U(1)$ SM electroweak sector and probes new physics that could manifest itself through aTGCs that may alter the observed production cross section or kinematic distributions. This measurement also provides a good understanding of the irreducible background in searches for the Higgs boson through the $Hrightarrow W^{+}W^{-}$ decay channel.This thesis work has laid a solid foundation for further measurements of the WW production with the $sim$25 ${rm fb}^{-1}$ integrated luminosity 8 TeV recorded data expected by the end of 2012, which will further improve the precision and yield more stringent limits on the aTGCs.

Ce travail a pour but de proposer des outils visant `a comparer des résultats exp´erimentaux avec des modèles pour la dispersion de traceur en milieu poreux, dans le cadre de la dispersion anormale.Le “Mobile Immobile Model” (MIM) a été à l’origine d’importants progrès dans la description du transport en milieu poreux, surtout dans les milieux naturels. Ce modèle généralise l’quation d’advection-dispersion (ADE) e nsupposant que les particules de fluide, comme de solut´e, peuvent ˆetre immo-bilis´ees (en relation avec la matrice solide) puis relˆachées, le piégeage et le relargage suivant de plus une cin´etique d’ordre un. Récemment, une version stochastique de ce modèle a ´eté proposée. Malgré de nombreux succès pendant plus de trois décades, le MIM reste incapable de repr´esenter l’´evolutionde la concentration d’un traceur dans certains milieux poreux insaturés. Eneffet, on observe souvent que la concentration peut d´ecroˆıtre comme unepuissance du temps, en particulier aux grands temps. Ceci est incompatible avec la version originale du MIM. En supposant une cinétique de piégeage-relargage diff´erente, certains auteurs ont propos´e une version fractionnaire,le “fractal MIM” (fMIM). C’est une classe d’´equations aux d´eriv´ees par-tielles (e.d.p.) qui ont la particularit´e de contenir un op´erateur int´egral li´e`a la variable temps. Les solutions de cette classe d’e.d.p. se comportentasymptotiquement comme des puissances du temps, comme d’ailleurs cellesde l’´equation de Fokker-Planck fractionnaire (FFPE). Notre travail fait partie d’un projet incluant des exp´eriences de tra¸cageet de vélocimétrie par R´esistance Magn´etique Nucl´eaire (RMN) en milieuporeux insatur´e. Comme le MIM, le fMIM fait partie des mod`eles ser-vant `a interpréter de telles exp´eriences. Sa version “e.d.p.” est adapt´eeaux grandeurs mesur´ees lors d’exp´eriences de tra¸cage, mais est peu utile pour la vélocimétrie RMN. En effet, cette technique mesure la statistiquedes d´eplacements des mol´ecules excit´ees, entre deux instants fixés. Plus précisément, elle mesure la fonction caractéristique (transform´ee de Fourier) de ces d´eplacements. Notre travail propose un outil d’analyse pour ces expériences: il s’agit d’une expression exacte de la fonction caract´eristiquedes d´eplacements de la version stochastique du mod`ele fMIM, sans oublier les MIM et FFPE. Ces processus sont obtenus `a partir du mouvement Brown-ien (plus un terme convectif) par des changement de temps aléatoires. Ondit aussi que ces processus sont des mouvement Browniens, subordonnéspar des changements de temps qui sont eux-mˆeme les inverses de processusde L´evy non d´ecroissants (les subordinateurs). Les subordinateurs associés aux modèles fMIM et FFPE sont des processus stables, les subordinateursassoci´es au MIM sont des processus de Poisson composites. Des résultatsexp´erimenatux tr`es r´ecents on sugg´er´e d’´elargir ceci `a des vols de L´evy (plusg´en´eraux que le mouvement Brownien) subordonnés aussi.Le lien entre les e.d.p. fractionnaires et les mod`eles stochastiques pourla sous-diffusion a fait l’objet de nombreux travaux. Nous contribuons `ad´etailler ce lien en faisant apparaˆıtre les flux de solut´e, en insistant sur une situation peu ´etudiée: nous examinons le cas o`u la cinétique de piégeage-relargage n’est pas la mˆeme dans tout le milieu. En supposant deux cinétiques diff´erentes dans deux sous-domaines, nous obtenons une version du fMIMavec un opérateur intégro-diff´erentiel li´e au temps, mais dépendant de la position.Ces r´esultats sont obtenus au moyen de raisonnements, et sont illustrés par des simulations utilisant la discrétisation d’intégrales fractionnaires etd’e.d.p. ainsi que la méthode de Monte Carlo. Ces simulations sont en quelque sorte des preuves numériques. Les outils sur lesquels elles s’appuient sont présentés aussi. / We propose tools for to compare experimental data and models for anomalousdispersion in porous media.The “Mobile Immobile Model” (MIM) significantly improved the descrip-tion of mass transport in natural porous media. This model generalizes theadvection-dispersion equation (ADE) by assuming that fluid and solute parti-cles can be found in mobile on immobile states, exchanging matter accordingto first order kinetics. Moreover, it has a stochastic version. Nevertheless,the original MIM does not represent the power-law decrease of some break-through curves observed in some media, better described by a fractionalversion, the “fractal MIM” (fMIM) which assumes a different kinetics. Theacronym “fMIM” denotes partial differential equations (p.d.e.) involving afractional integral with respect to time, having solutions falling-off as powerof times, asymptotically. It keeps in similarity with the fractional Fokker-Planck equation (FFPE). As this equation, the fMIM describes the evolutionof the probability density function of stochastic processes, namely Brownianmotion sujected to a time change that is the hitting time of a stable sub-ordinator, strictly stable or not, according FFPE or fMIM is considered.Using probabilistic arguments and numerical simulation, we extend this re-sult to the case when the transport parameters and the time scales of thetime change vary in space. P.d.es are well suited for comparing with tracer tests data. Yet, they arenot very useful to discuss signals recorded by pulsed field gradient (PFG)nuclear magnetic resonance (NMR), a technique which measures the char-acteristic function (Fourier transform) of molecular displacements betweentwo fixed instants. For to process such data, we derive an expression of thecharacteristic function of the displacements of Brownian motions subordi-nated by the hitting times of stable subordinators, i.e. of processes whosedensity satisfies FFPE of fMIM. We also consider time changes that are hit-ting times of composite Poisson processes (CPP), which correspond to theoriginal version of the MIM.

Les moments magnétiques anomaux des leptons ont joué un rôle important dans le développement du modèle standard de la physique des particules. Aujourd’hui, celui du muon est mesuré très précisément et le sera avec une precision encore plus grande par une expérience qui débutera en 2017. Dans la mesure où la prédiction théorique pourra être faite avec des incertitudes comparables, un test rigoureux du modèle standard sera possible. Nous étudions ici le facteur limitant de cette prédiction, la contribution de la polarisation hadronique du vide à l’ordre dominant (HVP-LO). Nous calculons cette contribution numériquement à l’aide d’une version discrétisée de la théorie de l’interaction forte, la chromodynamique quantique sur réseau. Le calcul haute-performance permet de résoudre la théorie dans son régime hautement non-linéaire qui est le plus pertinent ici. Les algorithmes de simulation et les méthodes utilisées pour obtenir la polarisation hadronique, ainsi que les incertitudes associées, sont décrits. Ces méthodes sont ensuite appliquées à des simulations réalisées avec la collaboration Budapest-Marseille-Wuppertal. Dans un premier temps, elles sont implémentées dans une étude dédiée des effets de volume fini. Les méthodes les plus robustes sont ensuite utilisées pour calculer la polarisation hadronique avec des simulations qui comprennent N_f=2+1+1 saveurs de quarks. Celles-ci sont réalisées directement à la valeur physique des masses de quarks u, d, s et c, avec six tailles de maille et dans de gros volumes de 6 fm^3. Elles nous permettent de calculer la contribution HVP-LO au moment magnétique anomal du muon avec des erreurs contrôlées d’environ 3%. / The anomalous magnetic moments of leptons have played an important role in the development of the Standard Model of particle physics. Today, that of the muon is measured very precisely and will be so with even higher precision in an experiment that will begin in 2017. To the extent that the theoretical prediction can be made with comparable uncertainties, a rigorous test of the Standard Model will be possible. Here we study the limiting factor in this prediction, the leading-order hadronic vacuum polarization contribution (HVP-LO). We compute this contribution numerically with a discretized version of the theory of the strong interaction: lattice Quantum Chromodynamics. High-performance computing allows to solve the theory in its highly nonlinear regime, which is the one most relevant here. The simulation algorithms and the methods used to obtain the HVP, as well as the associated statistical and systematic uncertainties, are described. These methods are then applied to simulations performed with the Budapest-Marseille-Wuppertal collaboration. First they are implemented in a dedicated study of finite-volume effects. The most robust methods are then used to compute the HVP with simulations which include N_f=2+1+1 flavors of quarks. These are performed directly at the physical values of the u, d, s and c quark masses, with six lattice spacings and in large volumes of 6 fm^3. They allow us to compute the HVP-LO contribution to the anomalous magnetic moment of the muon with controlled errors of around 3%.