Dans ce manuscrit de thèse, nous évoquons différents aspects de la propagation et de l'émission des ondes électromagnétiques en milieu diffusant.<br /><br />Dans une première partie, nous montrons que l'Équation de Transfert Radiatif (ETR) est un très bon outil pour l'étude de la propagation de lumière en milieu complexe. À l'aide de ce formalisme, nous étudions l'évolution de la cohérence spatiale du faisceau au sein du milieu. Ensuite, nous décrivons une démonstration rigoureuse de l'équation de la diffusion à partir d'une approche modale de l'ETR et clarifions la dépendance du coefficient de diffusion à l'absorption. Enfin, nous nous intéressons aux fluctuations temporelles d'intensité diffusée et montrons que l'utilisation de l'ETR permet d'aller au-delà du régime diffusif décrit par la théorie de la spectroscopie par ondes diffuses (DWS).<br /><br />La seconde partie est centrée sur l'étude de l'émission de lumière en milieu complexe. Dans un premier temps, nous étudions l'amplification de lumière diffusée dans un système à gain appelé laser aléatoire et montrons qu'il existe un seuil laser en régime de rétroaction incohérente. Ce seuil est quantifié en utilisant une approche modale de l'ETR. Ensuite, nous évoquons la modification du taux de fluorescence d'une molécule placée dans un milieu complexe. Nous mettons au point un modèle permettant de remplacer le milieu diffusant par un milieu homogène effectif moyen prenant en compte la diffusion multiple et les interactions entre diffuseurs. Enfin, nous nous attardons sur le calcul du champ retourné temporellement dans un milieu complexe. Pour cela, nous étendons l'expression connue en acoustique au cas des ondes électromagnétiques.

Nous présentons dans ce mémoire deux études centrées sur l'écoulement expérimental de von Karman.<br />Nous confrontons d'une part des prédictions théoriques obtenues dans le cadre idéal d'une mécanique statistique développée pour les écoulements axisymétriques non visqueux et non forcés à des mesures de vitesse réalisées par Vélocimétrie par Imagerie de particule stéréoscopique (SPIV). Nous obtenons des relations globales caractérisant les états stationnaires du système et prouvant une tendance à l'alignement vitesse-vorticité pour les grands nombres de Reynolds. Cette observation nous permet de dériver théoriquement deux théorèmes de fluctuation-dissipation qui sont testés sur des mesures de SPIV à hauts nombres de Reynolds.<br />D'autre part, nous étudions dans le cadre de la collaboration VKS l'effet dynamo dans un écoulement non contraint de sodium liquide. Cet effet est une instabilité qui serait responsable des champs magnétiques des objets astrophysiques dont la Terre. L'expérience en sodium liquide VKS2 a, pour la première fois, permis d'observer au laboratoire un effet dynamo donnant lieu à des dynamiques temporelles variées de champs magnétiques. Des régimes stationnaires, oscillants, intermittents ou encore présentant des inversions erratiques similaires à celle du champ magnétique terrestre sont en effet présentés. Nous montrons que ces différents régimes se classent en fonction du nombre de Rossby de l'expérience et mettons en évidence les liens qui existent entre les bifurcations magnétiques et hydrodynamiques observées.

Le principal objectif de ce travail de recherche est d'analyser de façon intégrale les fluctuations économiques de court et moyen terme dans la Communauté Andine des Nations (Bolivie, Colombie, Equateur, Pérou et Venezuela). Dans un premier temps nous analysons les similitudes cycliques entre les différents pays andins ; dans ce sens, l'intérêt est tout d'abord porté sur la forme du cycle conjoncturel, notamment en termes de durée et d'ampleur des<br />phases, à travers la configuration d'un algorithme d'identification et la mise en place d'une procédure de re-échantillonnage. Par la suite nous cherchons à élucider les sources des fluctuations cycliques andines dans le contexte d'un modèle d'équilibre général dynamique et stochastique avec des interrelations régionales, dans lequel les pays partenaires et le reste du monde font face à trois chocs stochastiques différents : deux chocs spécifiques de productivité et d'investissement, et un choc régional des termes de l'échange. Pour terminer, nous abordons la question relative à l'importance des institutions en tant qu'élément explicatif des fluctuations de court terme en Amérique Latine. Ainsi premièrement, nous introduisons un modèle de cycle réel, calibré pour reproduire certaines caractéristiques de l'économie vénézuélienne, dans lequel la qualité institutionnelle est assimilée à un mécanisme d'amplification des chocs.<br />Deuxièmement, nous explorons empiriquement le lien entre institutions et fluctuations d'offre à l'aide de données de panel et d'outils statistiques issus de l'analyse factorielle.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3834. Articles en anglais reproduits en annexe. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 167-171. Liste des publications.

The rapid progress of complementary-metal-oxide-semiconductor (CMOS) integrated circuit technology became feasible through continuous device scaling. The implementation of high-k/metal gates had a significantcontribution to this progress during the last decade. However, there are still challenges regarding the reliability of these devices. One of the main issues is the escalating 1/fnoise level, which leads to degradation of signal-to-noise ratio (SNR) in electronic circuits. The focus of this thesis is on low-frequency noise characterization and modeling of various novel CMOS devices. The devices include PtSi Schottky-barriers  for source/drain contactsand different high-kgatestacksusingHfO2, LaLuO3 and Tm2O3 with different interlayers. These devices vary in the high-k material, high-k thickness, high-k deposition method and interlayermaterial. Comprehensive electrical characterization and low-frequency noise characterization were performed on various devices at different operating conditions. The noise results were analyzed and models were suggested in order to investigate the origin of 1/f noise in these devices. Moreover, the results were compared to state-of-the-art devices. High constant dielectrics limit the leakage current by offering a higher physical dielectric thickness while keeping the Equivalent Oxide Thickness (EOT) low. Yet, the 1/f noise increases due to higher number of traps in the dielectric and also deterioration of the interface with silicon compared to SiO2. Therefore, in order to improve the interface quality, applying an interfacial layer (IL) between the high-k layer and silicon is inevitable. Very thin, uniform insitu fabricated SiO2 interlayers with HfO2 high-k dielectric have been characterized. The required thickness of SiO2 as IL for further scaling has now reached below 0.5 nm. Thus, one of the main challenges at the current technology node is engineering the interfacial layer in order to achieve both high quality interface and low EOT. High-k ILs are therefore proposed to substitute SiOx dielectrics to fulfill this need. In this work, we have made the first experiments on low-frequency noise studies on TmSiO as a high-k interlayer with Tm2O3 or HfO2 on top as high-k dielectric. The TmSiO/Tm2O3 shows a lower level of noise which is suggested to be related to smoother interface between the TmSiO and Tm2O3. We have achieved excellentnoise performancefor TmSiO/Tm2O3 and TmSiO/HfO2 gate stacks which are comparableto state-of-the-art SiO2/HfO2 gate stacks. / <p>QC 20151130</p>

River-groundwater exchange (hyporheic exchange) influences temperature, water chemistry, and ecology within rivers and alluvial aquifers. Rates and patterns of hyporheic exchange depend on riverbed permeability, pressure gradients created by current-obstacle interactions, and river stage fluctuations. I demonstrate the response of hyporheic exchange to three examples of these driving forces: fine-scale permeability structure in cross-bedded sediment, current interactions with large woody debris (LWD), and anthropogenic river stage fluctuations downstream of dams. Using numerical simulations, I show that cross-bedded permeability structure increases hyporheic path lengths and modifies solute residence times in bedforms. The tails of residence time distributions conform to a power law in both cross-bedded and internally homogeneous riverbed sediment. Current-bedform interactions are responsible for the decade-scale tails, rather than permeability heterogeneity. Like bedforms, wood debris interacts with currents and drives hyporheic exchange. Laboratory flume experiments and numerical simulations demonstrate that the amplitude of the pressure wave (and thus hyporheic exchange) due to a channel-spanning log increases with channel Froude number and blockage ratio (log diameter : flow depth). Upstream from LWD, downwelling water transports the river’s diel thermal signal deep into the sediment. Downstream, upwelling water forms a wedge of buffered temperatures. Hyporheic exchange associated with LWD does not significantly impact diel surface water temperatures. I tested these fluid and heat flow relationships in a second-order stream in Valles Caldera National Preserve (NM). Log additions created alternating zones of upwelling and downwelling in a reach that was previously losing throughout. By clearing LWD from channels, humans have reduced hydrologic connectivity at the meter-scale and contributed to degradation of benthic and hyporheic habitats. Dams also significantly alter hydrologic connectivity in modern rivers. Continuous water table measurements show that 15 km downstream of the Longhorn dam (Austin, Texas), river stage fluctuations of almost 1 m induce a large, unsteady hyporheic exchange zone within the bank. Dam-induced hyporheic exchange may impact thermal and geochemical budgets for regulated rivers. Together, these three case studies broaden our understanding of complex drivers of hyporheic exchange in small, natural streams as well as large, regulated rivers. / text

This study investigated the critical behaviour of ternary mixtures of DOPC and DPPC, with cholesterol. The properties of model membranes such as these are studied in order to provide insight into aspects of complex biological systems. Experiments were performed using the Jeener echo, a static solid-state NMR technique, however no information about the critical phenomena was obtained. Conversely, the sideband linewidths measured from 2H MAS NMR are sensitive to temperature and dependent upon the phase behaviour. By fitting the linewidth data to an equation from Suwelack et al. (J. Chem. Phys., 1980; 73(6):2559-2569), the critical temperature and the critical exponent for the correlation length of the system were calculated. The critical exponent values obtained from these samples ranged between νc = 0.65 and νc = 1.2, which encompasses the critical exponents for both the 2D and 3D Ising models within error. The universality class for these model membranes cannot be unambiguously assigned yet.

The central concern of this thesis is the study of non-equilibrium behaviour in magnetic materials and its interpretation within the framework of the Preisach model of hysteresis. Comprehensive experimental characterizations of the field and temperature and time dependence of a suite of standard magnetic response functions have been performed on a variety of magnetic materials, including a naturally occurring mineral of nanodimensional titanomagnetite particles embedded in volcanic glass, a compressed powder of nanodimensional magnetite particles immobilized in an organic binder, a thin film of nanodimensional Fe particles embedded in alumina, and a series of sintered, bond-disordered CaxSr1-xRuO3 ferromagnets. The measurements were compared with numerical simulations based on a model Preisach ensemble of thermally activated two-level subsystems, characterized individually by a double well free energy profile in a two-dimensional configuration space, an elementary moment reversal, a dissipation field and a bias field, and characterized collectively by a distribution of these characteristic fields. Our efforts were concentrated on two principal spheres of investigation. (1) By performing detailed numerical simulations of the relaxation response of model Preisach collections of two-level subsystems under the same field and temperature protocols used to probe experimentally the relaxation dynamics of spin glasses, we have been able to show that aging, memory and rejuvenation effects are ubiquitous features of all materials which possess a broad distribution of free energy barriers which block the approach to thermal equilibrium. (2) We propose a general strategy for isolating and quantifying the two principal mechanisms, thermal fluctuations and barrier growth, which are jointly responsible for shaping the measured temperature dependence of the magnetic properties of all magnetic materials which exhibit a history dependent response to an external field excitation, and is based on the analysis of viscosity isotherms and, in particular, on a plot of T ln(tr/0) versus Ha , where tr is the time at which a viscosity isotherm measured in a field Ha at temperature T reverses sign. When thermal activation dominates barrier growth, this plot will yield a universal curve while, in the opposite limit the plot fractures into a family of isothermal curves. The strategy is applied to the analysis of each magnetic material listed above.

Cette thèse comprend une analyse d'un système de N bosons de masse m, à une dimension (1D). Vue des efforts expérimentaux récents et de la perspective d'étudier plusieurs effets quantiques intéressants, nous choisissons une géométrie circulaire avec une circonférence L. Un potentiel extérieur dépendant du temps nous permet d'introduire un mécanisme qui change l'état du moment angulaire des bosons. Ce potentiel est de la forme d'une fonction delta de Dirac qui se déplace le long de l'anneau à une vitesse v et la force de ce potentiel vaut U_0. Il peut être vu comme une barrière qui met les bosons en rotation. Les interactions entre les bosons sont des interactions de contact, décrites dans le modèle de Lieb et Liniger. Puisque le potentiel extérieur ne garde pas la symétrie de translation de L'Hamiltonien du système l'équation de Schrödinger n'est pas résoluble de manière exacte en utilisant un Ansatz de Bethe. Cependant, dans les limites des bosons libres et des bosons impénétrables de Tonks et Girardeau des méthodes alternatives existent pour trouver une solution exacte. Le but de cette thèse est de résoudre l'équation de Schrödinger dans ces cas limites. La solution nous permet d'accéder aux observables intéressantes concernant les propriétés superfluides des bosons libres et du gaz de Tonks. Nous effectuons une analyse du courant des particules, de ses fluctuations et de la force de traînée. Nous trouvons un comportement superfluide en-dessous d'une vitesse critique v_c=ħπ/(mL) de la barrière. Une oscillation du courant et la force de traînée est observée pour une vitesse de la barrière v=n*v_c, avec n un entier naturel. De plus, nous étudions la nature de l'état quantique du gaz de Tonks. Dans les analyses de la distribution des impulsions, de la fonction de Wigner et des images ''temps de vol'' pour une vitesse de la barrière v=n*v_c, on trouve que l'état du système est une superposition macroscopique de deux sphères de Fermi, l'une centrée autour de l'impulsion égale à zéro et l'autre autour de l'impulsion égale à 2q, avec q=mv/ħ. Cet état est un état fortement corrélé, non-classique car la fonction de Wigner atteint des valeurs négatives.

A theoretical explanation of the existence of lipid rafts in cell membranes remains a topic of lively debate. Large, micrometer sized rafts are readily observed in artificial membranes and can be explained using thermodynamic models for phase separation and coarsening. In live cells such domains are not observed and various models are proposed to describe why the systems do not coarsen. We review these attempts critically and show within a phase field approach that membrane bound proteins have the potential to explain the different behaviour observed in vitro and in vivo. Large scale simulations are performed to compute scaling laws and size distribution functions under the influence of membrane bound proteins and to observe a significant slow down of the domain coarsening at longer times and a breakdown of the self-similarity of the size-distribution function. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.