Few experimental techniques have found such a diverse range of applications as has ion imaging. The field of chemical dynamics is constantly advancing, and new applications of ion imaging are being realised with increasing frequency. This thesis is concerned with the application of a fast pixelated imaging sensor, the Pixel Imaging Mass Spectrometry (PImMS) camera, to ion imaging applications. The experimental possibilities of such a marriage are exceptionally broad in scope, and this thesis is concerned with the development of a selection of velocity-map imaging applications within the field of photoinduced molecular dynamics. The capabilities of the PImMS camera in three-dimensional and slice imaging applications are investigated, in which the product fragment Newton-sphere is temporally stretched along the time-of-flight axis, and time-resolved slices through the product fragment distribution are acquired. Through experimental results following the photodissociation of ethyl iodide (CH₃CH₂I) at around 230 nm, the PImMS camera is demonstrated to be capable of recording well-resolved time slices through the product fragment Newton-sphere in a single experiment, without the requirement to time-gate the acquisition. The various multi-hit capabilities of the device represent a unique and significant advantage over alternative technologies. The details of a new experiment that allows the simultaneous imaging of both photoelectrons and photoions on a single detector for each experimental acquisition cycle using pulsed ion extraction are presented. It is demonstrated that it is possible to maintain a high velocity resolution using this approach through the simultaneous imaging of the photoelectrons and photoions that result from the (3 + 2) resonantly enhanced multi-photon ionisation of Br atoms produced following the photodissociation of Br₂ at 446.41 nm. Pulsed ion extraction represents a substantial simplification in experimental design over conventional photoelectron-photoion coincidence (PEPICO) imaging spectrometers and is an important step towards performing coincidence experiments using a conventional ion imaging apparatus coupled with a fast imaging detector. The performance of the PImMS camera in this application is investigated, and a new method for the determination of the photofragment detection efficiencies based on a statistical fitting of the coincident photoelectron and photoion data is presented. The PImMS camera is applied to laser-induced Coulomb explosion imaging (CEI) of an axially chiral substituted biphenyl molecule. The multi-hit capabilities of the device allow the concurrent detection of individual 2D momentum images of all ionic fragments resulting from the Coulomb explosion of multiple molecules in each acquisition cycle. Correlations between the recoil directions of the fragment ions are determined through a covariance analysis. In combination with the ability to align the molecules in space prior to the Coulomb explosion event, the experimental results demonstrate that it is possible to extract extensive information pertaining to the parent molecular structure and fragmentation dynamics following strong field ionisation. Preliminary simulations of the Coulomb explosion dynamics suggest that such an approach may hold promise for determining elements of molecular structure on a femtosecond timescale, bringing the concept of the `molecular movie' closer to realisation. Finally, the PImMS camera is applied to the imaging of laser-induced torsional motion of axially chiral biphenyl molecules through femtosecond Coulomb explosion imaging. The target molecules are initially aligned in space using a nanosecond laser pulse, and torsional motion induced using a femtosecond 'kick' pulse. Instantaneous measurements of the dihedral angle of the molecules are inferred from the correlated F+ and Br+ ion trajectories following photoinitiated Coulomb explosion at various time delays after the initial kick pulse. The technique is extended to include a second kick pulse, in order to achieve either an increase in the amplitude of the oscillations or to damp the motion, representing a substantial degree of control of the system. Measurements out to long kick-probe delays (200 ps) reveal that the initially prepared torsional wave packet periodically dephases and rephases, in accordance with the predictions of recent theoretical work.

Ce mémoire de HDR est conçu comme un guide de lecture. Pour chacun de mes thèmes de recherche, j'ai cherché à décrire le cadre dans lequel se situe le travail et à en expliquer les résultats principaux. Le lecteur est invité à se réferrer aux articles pour plus de détails, notamment sur le développement des outils théoriques. Cette notice couvre la période allant d'octobre 2000 (début de mon postdoc à Cornell) à septembre 2007.

La structure sous-jacente dans la zone A~100, N~60 a été étudié intensivement et extensivement, principalement par décroissance β et spectroscopie γ suite à des réactions de fission. Autour de N~60, en ajoutant juste quelques neutrons, protons un changement de forme rapide des états fondamentaux se produit, allant de sphérique à bien déformé. La coexistence de forme observée dans les noyaux de Sr et Zr est supposée avoir lieu dans toute la région. Les mécanismes impliqués dans l'apparition de la déformation n'étaient pas clairement identifiés. L'interaction entre les orbitales de Nilsson montantes et descendante est évoqué comme l'une des principales raisons du changement de forme. Cependant, une identification claire des orbitales proton et neutron en jeu était nécessaire. A cet effet, l'étude des isotopes ⁹³′⁹⁵′⁹⁷′⁹⁹Rb riches en neutrons a été réalisé excitation Coulombienne au CERN (ISOLDE) en utilisant le post-accélérateur REX-ISOLDE et le dispositif Miniball. Les structures excitées encore inconnues des isotopes ⁹⁷′⁹⁹Rb ont été peuplées et observées. Les coïncidences de transitions γ des états de basse énergie ont été observées et leur corrélations ont permis la construction de schémas de niveaux. Les probabilités de transitions associées ont été extraites grâce code GOSIA. Les éléments de matrice de l'opérateur électromagnétique observées constituent de nouveaux apports afin d'effectuer de nouveaux calculs théoriques permettant de statuer sur les orbitales impliquées. La sensibilité des expériences de ce type peut être accrue en utilisant des faisceaux radioactifs d'ions dont le spin nucléaire est polarisé. La technique de polarisation des feuilles orientées (TFT) fut étudiée dans ce but au CERN. Un nouveau polariseur TFT et un dispositif β-NMR ont être créés et installés après REX-ISOLDE. La connaissance du processus de polarisation associé à la technique reste incomplète à ce jour et de plus amples études sont nécessaires. Des tests préliminaires prometteurs ont été effectués sur le noyau de ⁸Li afin de déterminer le potentiel du dispositif actuel.

Thesis deals with the design and realization of revisions devices for the treatment of hyperhidrosis. One of the methods how to treat hyperhidrosis is iontophoresis. This prevents sweating using an electric current. The work is divided on the parts. First part is a theory, which deals with basic principles of treatment. Next part is the analysis of original solutions and hardware design of new solutions. In conclusion I revive device by microcontroller programming and checking its functionality. I was able to create a prototype board, programmable firmware and successfully tested a prototype.

In this thesis, a simulation model developed in MATLAB® in consideration of system losses based on lithium ion-battery is presented. The purpose of the simulation model is to investigate peak shaving potential in the residential distribution network. In other word to determine an optimal threshold limit and battery capacity depending on if the battery system is placed at the transformer or household level. In the report there were economic calculations executed showing that profitability of investing in a battery system depends on the threshold limit and battery capacity. / I denna rapport presenteras analys av toppeffektreducering med ett simuleringsprogram baserad på litium-jon batteri med hänsyn till systemförlust. Simuleringsmodellen är uppbyggd i MATLAB® där metoder som Coulomb counting implementerades. Syftet med simuleringsprogrammet är att definiera en optimal tröskelgräns samt batterikapacitet på transformator- och hushållsnivån. I rapporten utfördes ekonomiska beräkningar som tyder på att lönsamheten för investering av ett batterisystem beror på tröskelgräns och batterikapacitet.

La microscopie de grille à balayage (SGM pour Scanning GateMicroscopy), développée à la fin des années 1990, est devenue un outilpuissant pour étudier les propriétés électroniques locales dans lesnano-dispositifs semi-conducteurs. La SGM est basée sur la techniqueAFM, mais la pointe métallique est utilisée comme une grille mobilecouplée capacitivement au dispositif, et les propriétés de transportélectronique sont étudiées sous l'influence de cette grille,fournissant des informations spatiales à haute résolution. Cette thèsedécrit d'abord le remplacement de la détection optique de notresystème AFM par une détection piézo-électrique utilisant un diapason àquartz, puis les résultats de mesures SGM sur divers nano-dispositifs,qui sont tous fabriqués à partir d'hétérostructures InGaAs / InAlAscontenant un gaz d'électrons bi-dimensionnel (2DEG) de grande mobilitésitué à quelques dizaines de nanomètres sous la surface. Sur unesimple constriction, nous étudions l'interaction pointe-échantillonavec deux approches: la force électrostatique et l'effet capacitif.Sur une boite quantique, nous étudions les phénomènes de blocage deCoulomb lorsque la pointe est utilisée comme une grille pour modulerla charge à l'intérieur de la boite. Dans un travail sur le paradoxede Braess, avec l'aide de simulations numériques, nous découvrons uneffet paradoxal en modulant la largeur du canal central dans undispositif mésoscopique en forme de double anneau, en analogie avec leparadoxe qui se produit dans un réseau classique. Par une étudedétaillée de l'évolution de la conductance, nous découvrons enfinplusieurs pièges de charge dans les images SGM, et proposons un modèlepour interpréter le changement de conductance en présence de pièges decharge. Nous développons alors une méthode pour imager directement lespièges de charge par des mesures de transconductance avec unemodulation de la tension sur la pointe. / Scanning gate microscopy (SGM), developed in the late 1990's, has become a powerful tool to investigate the local electronic properties in semiconductor nano devices. SGM is based on the AFM technique but the metallic tip is used as a movable gate capacitively coupled to the device, and the electron transport property is studied on influence of this gate, providing spatial information with high resolution. This thesis presents the update of the force detection mode of our AFM system from optical method to force sensing by a quartz tuning fork, and the SGM measurement results on various nano devices, all of which are fabricated from InGaAs/InAlAs heterostructures containing a high mobility 2DEG located a few tens of nanometers below the surface. On a 2DEG constriction, we investigate the tip-sample interaction with two approaches: the capacitive force and the gate effect. On a quantum dot, we study the Coulomb blockade phenomena where the tip is used as a gate to modulate the charging/discharging inside the dot. In a work on Braess paradox, with the help of numerical simulations, we discover a Braess paradox effect by modulating a channel width in a ‘double-ring' shaped mesoscopic device in analogy with the one that occurs in a classical network. By a detailed study of the conductance changes, we discover several charge traps from the SGM map, and propose a model to interpret the conductance change with the presence of charge traps. We develop a method to directly image the charge traps by transconductance measurements with a voltage modulation on the tip.

Quantum computers are appealing for their ability to solve some tasks much faster than their classical counterparts. In fact, they have a potential to perform the full configuration interaction (FCI) energy calculations with a polynomial scaling only. This is in contrast to con- ventional computers where FCI scales exponentially. We provide a detailed description of the quantum version of the FCI method and the results of numerical simulations of the ground and excited state energy calculations of the methylene molecule. We further generalize this method to the relativistic four component regime and show how to efficiently solve the eigenproblem of the Dirac-Coulomb(-Breit) Hamiltonian on a quantum computer. We demonstrate the func- tionality of the proposed procedure by numerical simulations of computations of the spin-orbit splitting in the SbH molecule. Finally, we propose quantum circuits with 3 qubits and 9 or 10 CNOTs, which implement a proof-of-principle relativistic quantum chemical calculation for this molecule and might be suitable for an experimental realization. 1

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la brisure de la symétrie d'isospin dans les noyaux N≈Z et à son effet sur l'élément de matrice de transitions β de Fermi super-permises 0+ ➝ 0+ dans le cas de la décroissance β+ du Mn50.Dans le cadre de l'approche microscopique Highly Truncated Diagonalization Approach (HTDA), dédiée à la description des corrélations au-delà du champ moyen et conservant explicitement de nombre de particules, nous avons étudié (en particulier) le rôle joué par les corrélations d'appariement dans les mécanismes de brisure de la symétrie d'isospin dans l'état fondamental de noyaux N≈Z. Une étude de sensibilité du degré de cette brisure, en fonction de l'intensité de l'interaction résiduelle décrivant l'appariement dans HTDA, a été menée et une interprétation des mécanismes recherchés a été proposée à l'aide d'une approximation développée dans ce travail. Cette étude a mis évidence toute la complexité d'un bon traitement de la symétrie d'isospin, tant au niveau de la description de la source de brisure qu'au niveau de la limitation des biais du modèle. Nous avons également montré la nécessité d'une description très fine des fonctions d'onde corrélées dans un tel problème. Plus précisément, nous avons obtenu une valeur de la correction δc de mélange d'isospin à l'élément de matrice de transition de Fermi de (0.2±0.1)%. Cette valeur a été confrontée à celles obtenues dans d'autres approches. Compte tenu des effets négligés dans notre travail, notre valeur de δc est supposée représenter une borne minimum. / In this work, we are interested in the breaking of the isospin symmetry in the N≈Z nuclei and in its effect on the matrix element of super-allowed 0+ ➝ 0+ Fermi β transitions in the case of the β+ decay of the Mn50. Within the framework of the Highly Truncated Diagonalization microscopic Approach, dedicated to the descritption of correlations beyond the mean field and conserving explicitely the particle number, we have studied (in particular) the role played by pairing correlations in the breaking mechanisms of this symmetry in the ground state of N≈Z nuclei. A sensitivity study of the isospin mixing, as a function of the strength of the residual interaction decribing the pairing correlations in HTDA, has been carried out and an interpretation of the mechanims at work has been proposed in terms of an approximation developped in this work. This study has pointed out the complexity of a good treatment of the isospin symmetry, in the description of the breaking sources as well as in the reduction of model biases. We have also paid attention to the necessity of a very fine description of the correlated wave functions in such a problem. More precisely, we have obtained a value for the isospin mixing correction δc to the Fermi transition matrix element of (0.2±0.1)%. This value has been compared to those obtained in other approaches. Taking account of the neglected effects in our work, our value of δc is expected to be a lower bound.

The underlying structure in the region A~100, N~60 has been under intensive and extensive investigation, mainly by β-decay and γ-ray spectroscopy from fission processes. Around N~60, by adding just few neutrons, protons a rapid shape change occurs from spherical-like to well deformed g.s. shape. Shape coexistence has been observed in the Sr and Zr nuclei, and is expected to take place in the whole region. The mechanisms involved in the appearance of the deformation is not well understood. The interplay between down-sloping and up-sloping neutron Nilsson orbital is evoked as one of the main reasons for the sudden shape change. However, a clear identification of the active proton and neutron orbitals was still on-going. For that purpose, the neutron rich ⁹³′⁹⁵′⁹⁷′⁹⁹Rb isotopes have been studied by Coulomb excitation at CERN (ISOLDE) using the REX-ISOLDE post-accelerator and the MINIBALL setup. The completely unknown structures of ⁹⁷′⁹⁹Rb have been populated and observed. Prompt γ-ray coincidences of low-lying states have been observed and time correlated to build level schemes. The associated transition strengths have been extracted with the GOSIA code. The observed matrix elements of the electromagnetic operator constituted new inputs of further theoretical calculations giving new insight on the involved orbitals. The sensitivity of such experiment can be increased using nuclear spin polarized RIB. For that purpose the Tilted Foils Technique (TFT) of polarization has been investigated at CERN. A new TFT polarizer with a β-NMR setup have be created and installed after REX-ISOLDE. The uncomplete knowledge of the polarization process associated to the technique needs to be investigated. Conclusive preliminary tests have been performed on ⁸Li in order to determine the potential of the present setup. / La structure sous-jacente dans la zone A~100, N~60 a été étudié intensivement et extensivement, principalement par décroissance β et spectroscopie γ suite à des réactions de fission. Autour de N~60, en ajoutant juste quelques neutrons, protons un changement de forme rapide des états fondamentaux se produit, allant de sphérique à bien déformé. La coexistence de forme observée dans les noyaux de Sr et Zr est supposée avoir lieu dans toute la région. Les mécanismes impliqués dans l'apparition de la déformation n'étaient pas clairement identifiés. L'interaction entre les orbitales de Nilsson montantes et descendante est évoqué comme l'une des principales raisons du changement de forme. Cependant, une identification claire des orbitales proton et neutron en jeu était nécessaire. A cet effet, l'étude des isotopes ⁹³′⁹⁵′⁹⁷′⁹⁹Rb riches en neutrons a été réalisé excitation Coulombienne au CERN (ISOLDE) en utilisant le post-accélérateur REX-ISOLDE et le dispositif Miniball. Les structures excitées encore inconnues des isotopes ⁹⁷′⁹⁹Rb ont été peuplées et observées. Les coïncidences de transitions γ des états de basse énergie ont été observées et leur corrélations ont permis la construction de schémas de niveaux. Les probabilités de transitions associées ont été extraites grâce code GOSIA. Les éléments de matrice de l'opérateur électromagnétique observées constituent de nouveaux apports afin d'effectuer de nouveaux calculs théoriques permettant de statuer sur les orbitales impliquées. La sensibilité des expériences de ce type peut être accrue en utilisant des faisceaux radioactifs d'ions dont le spin nucléaire est polarisé. La technique de polarisation des feuilles orientées (TFT) fut étudiée dans ce but au CERN. Un nouveau polariseur TFT et un dispositif β-NMR ont être créés et installés après REX-ISOLDE. La connaissance du processus de polarisation associé à la technique reste incomplète à ce jour et de plus amples études sont nécessaires. Des tests préliminaires prometteurs ont été effectués sur le noyau de ⁸Li afin de déterminer le potentiel du dispositif actuel.

La modélisation des problèmes de contact pose de sérieuses difficultés qu'elles soient conceptuelles, mathématiques ou informatiques. Motivés par le rôle fondamental que jouent les phénomènes de contact, nous nous intéressons à la modélisation, l'analyse et la simulation de problèmes de contact intervenant en mécanique des solides et des fluides. Dans une première partie théorique, on étudie le comportement asymptotique de solutions de problèmes variationnels dépendant du temps issus de la mécanique du contact frottant. La deuxième partie est consacrée au contrôle de la qualité des calculs en mécanique des solides. Guidés par la recherche de la formulation et l'étude du contact dans la méthode des éléments finis étendus (XFEM), nous étudions notamment les estimateurs d'erreur par résidu pour la méthode XFEM dans le cas linéaire, ceux pour le problème de contact unilatéral avec frottement de Coulomb approchés par une méthode d'éléments finis standard et l'extension au cas de méthodes mixtes stabilisées (i.e., ne nécessitant pas de condition inf-sup). Cette partie s'achève par la définition du problème de contact avec XFEM suivie d'une estimation a priori de l'erreur. La troisième partie concerne la simulation numérique en mécanique des fluides, plus précisément du problème de contact de la dynamique des globules rouges évoluant dans un fluide régi par les équations de Navier-Stokes en dimension deux.