No description available.

This thesis investigates Raman spectra of novel glasses and their correlation with structure for Raman gain applications. Raman gain for all-optical amplification by fibers depends significantly on the cross section for spontaneous Raman scattering allowing to compare signal strength and spectral coverage. We also investigate the relationship between glass structure and the Boson peak (enhancement of the low-frequency vibrational density of states) and report new inelastic neutron scattering spectra for niobium-phosphate glasses. Polarization resolved Raman spectra of glasses based on tellurite and phosphate formers have been measured from 6 – 1500 cm-1 using an excitation wavelength of 514 nm. The Tellurite glasses exhibit Raman Spectra at least 10 times more intense, are more spectrally uniform and possess spectral bandwidths more than a factor of two wider than fused silica. Assignments of the vibrational bands are presented and the compositional dependence of the spectra is discussed with respect to the molecular structure. Significantly high Boson peaks were found in the frequency range from 30-100 cm-1. The Raman gain curves were calculated from the polarized spontaneous Raman spectra. In particular, they show broad and flat band in the low frequency region (50-400 cm-1) suggesting that these glasses may be useful for Raman gain applications extending to very low frequencies. The inelastic neutron scattering spectra of the niobium-phosphate glasses display a pronounced low-frequency enhancement of the vibrational density of states. By averaging over the full accessible wavevector range we obtain an approximate spectral distribution of the vibrational modes. Through direct comparison with the Raman spectra we determine the Raman coupling function which shows a linear behavior near the Boson peak maximum. Possible mechanisms contributing to the low frequency Raman band such as disorder-induced irregular vibrational states are discussed.

Une des questions les plus ambitieuses dans la Physique de la Matière Condensée concerne la compréhension des propriétés vibrationnelles des verres. En particulier, une anomalie présente dans la densité d'états vibrationnels (VDOS) à des énergies de quelques meV a suscite beaucoup d'intérêt en raison de sa présence universelle dans les verres. Cette anomalie, appelée “boson peak” (BP), apparaît comme un pic dans la VDOS réduite par rapport à la prévision du continuum élastique de Debye, dans une région d'énergies où le modèle de Debye fonctionne encore assez bien pour les correspondants cristaux. Dans ce travail de Thèse on présente les résultats d'une étude expérimentale de la dynamique vibrationnelle dans des verres du sorbitol at du soufre, par diffusion inélastique de la lumière, des rayons x et des neutrons. Dans le cas du sorbitol, ces résultats montrent clairement que le BP est lie à des anomalies observées dans la courbe de dispersion acoustique dans la région mésoscopique des vecteurs d'onde de quelques nm−1. En outre, l'étude de la dépendance en température de ces propriétés montre que cette connexion est maintenue même avec les changements de température. Enfin, le comportement des modes à haute fréquence peut être utilise pour reproduire quantitativement la forme du BP, ce qui suggère une forte relation entre les propriétés acoustiques dans la région mésoscopique et le BP. Ce comportement semble être universel dans les verres. Dans le cas du soufre vitreux le BP est situe à l'extérieur de la fenêtre d'énergies qui peut être sondée par IXS et donc il n'est pas possible expérimentalement d'étudier le caractère des excitations collectives correspondantes.

The recent development of a framework called non-affine lattice dynamics made it possible to calculate the elastic moduli of disordered systems directly from their microscopic structure and potential energy landscape at zero temperature. In this thesis different types of disordered systems were studied using this framework. By comparing the shear modulus and vibrational properties of nearest neighbour spring networks based on depleted lattices we were able to show that the dominating quantity of the system’s non-affine reorganisation during shear deformation is the affine force field. Furthermore we found that different implementation of disorder lead to the same behaviour at the isostatic point. Later we studied the effect of long range interaction in such depleted lattices with regard to spatial correlation local elasticity. We found that the implementation of long springs with decaying spring constant reproduced the spatial correlation observed in simulations of Lennard-Jones glasses. Finally we looked at simple freely rotating polymer model chains by extending the framework to angular forces and studied the dependence of the shear modulus and the vibrational density of states (VDOS) and length and bending stiffness of the chains. We found that the effect of chain length on the shear modulus and the vibrational density of states diminishes as it depends on the number of backbone bonds in the system. This number increases fast for short chains as many new backbone bonds are introduced but slows down significantly when the chain length reaches 50 monomers per chain. For the dependence on the bending stiffness we found a rich phenomenology that can be understood by looking at specific motions of the monomers relative the the chain geometry. We were able to trace back the different regimes of the VDOS to the simple model of the triatomic molecule. We also explored the limits of non-affine lattice dynamics when describing systems at temperatures T > 0 and gave an approximate solution for the shear modulus in this case.

No description available.

Le travail actuel de thèse est consacré à l'étude de la dynamique vibrationnelle du verre et en particulier à la recherche sur l'anomalie de basse fréquence: le « Boson Peak » (BP). Dans le premier chapitre, les aspects généraux de l'état vitreux sont présentés. Ici nous discutons comment le comportement thermodynamique anormal des verres peut être associé à la présence du Boson Peak dans la densité vibrationnelle (DOS) du verre. Dans le deuxième chapitre, nous discutons les techniques spectroscopiques principales utilisées dans cette étude: Diffusion non élastique nucleaire et la diffusion non élastique de rayons X. Dans le troisième chapitre, nous présentons l'étude du verre « hyperquenched ». Les effets de l'histoire thermique sur les propriétés dynamique et structurales des verres sont étudies. Le quatrième chapitre est consacrée à l'étude de l'effet de la pression et de la densité sur le DOS d'un verre. Les changements de la DOS sont corrélées une fois de plus avec les changements macroscopiques à moins qu'une transformation structurale ait lieu. En conclusion, nous présentons une étude sur la dynamique à haute fréquence (dans la région de fréquence de THz) d'ortho-terphenyl vitreux, et l'effet de la pression sur cette dynamique est discute. En comparant nos résultats à d'autres données disponibles dans la littérature, il à été possible de déduire quelques conclusions sur la nature des modes acoustique aux énergies identiques à celle du BP.