Ce document décrit les récents résultats expérimentaux sur la structure en spin du nucléon obtenus auprès de l'accélérateur d'électrons Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) en Virginie. Après avoir discuté la finalité de l'étude la structure en spin du nucléon et donnés les définitions de base, nous expliquons la phénoménologie de la diffusion de leptons. Nous détaillons ensuite certaines règles de somme, un outil central pour l'étude du spin du nucléon à Jefferson Lab, puis exposons la situation expérimentale actuelle. Suivent une présentation et discussion des résultats correspondants puis un exemple de résultat de l'étude du nucléon et ses conséquences sur notre compréhension de l'interaction forte. Nous concluons ce document sur les perspectives expérimentales dans ce domaine de recherche, en particulier avec la prochaine augmentation en énergie de Jefferson Lab.

The integer and fractional quantum Hall effects arise in two-dimensional electron systems subject to low temperature and high perpendicular magnetic field. The phenomenology of these two effects is rich and provides interesting insight into quantum physics. We present two experimental studies of phenomena in the fractional quantum Hall regime. The first examines the tunneling conductance of quasiparticles at filling factor 5/2. This state is of significant interest because it lies outside the traditional Jain hierarchy of fractional quantum Hall states and because it may be the first physical system found to exhibit non-abelian particle statistics. A quantum point contact is used to bring edge states on opposite sides of the system in proximity to each other, allowing quasiparticles to tunnel between the edge states. By annealing the gates forming the quantum point contact at different voltages we control the tunneling strength for fixed temperature and bias. We demonstrate a transition from strong to weak tunneling controlled in this manner. In the weak tunneling regime, the DC bias and temperature dependence of the tunneling conductance is fit to a theoretical form, resulting in values for the quasiparticle charge \(e*\) and the interaction parameter \(g\). The values of these parameters are used to help distinguish between proposed candidate states for the 5/2 wave function. Quantitative and qualitative results are most consistent with the abelian 331 state. Our second main focus is the breakdown of the fractional quantum Hall states at filling factors 4/3 and 5/3. Breakdown of integer and fractional quantum Hall states is known to occur when the Hall and longitudinal resistances deviate from their ideal values at nonzero critical currents. Although multiple studies of breakdown in the integer quantum Hall regime have been reported, corresponding results for the fractional regime are scarce. We observe breakdown over a range of integer states that is consistent with previous results. However, breakdown in the fractional regime is found to exhibit markedly different behavior. In particular, the magnitude of the critical current decreases with increased sample width. This behavior is opposite that observed for integer filling factors and does not seem to be explicable based on current theories of breakdown. / Physics

G. W. L. Marshall-Hall, 1862-1915, English-born musician who settled in Australia in 1891, is chiefly remembered as a pioneer teacher and conductor, founder of the Melbourne University Conservatorium and the Melba Memorial Conservatorium, Melbourne, propagator of the first orchestral subscription concerts in Melbourne, and founding Professor of Music at the University of Melbourne. An outspoken Bohemian, his book of poems Hymns ancient and modern (1898) was judged lewd and sacrilegious and led to his severance from the University in 1900. Marshall-Hall was also a composer of over 50 works, including operas, symphonies, overtures, string quartets, and numerous songs. The six extant operas are a representative sample of his creative work, exhibiting strong influence of Wagner and later Puccini, but flawed by the limits of a largely untutored technique. Most interesting is the effect on the composer's creative work of prolonged isolation from and occasional return-visits to Europe.

Stuttgart, Univ., Diss., 2004.

Stuttgart, Univ., Habil.-Schr., 2004.

Thesis (M.F.A.)--Baylor University, 2006. / Includes bibliographical references (p. 120-122).

Les purs courants de spin peuvent être créés dans des dispositifs latéraux, en utilisant des mesures non-locales dans des vannes de spin latérales, par l’effet Hall de spin ou encore des effets magnétocaloriques. Ils consistent en le flux d'électrons de spin-up dans une direction, et de spin-down dans la direction opposée, de sorte qu’il y ait un flux de moment angulaire sans flux net de charge. Ces propriétés de transport de spin sont étudiés dans des matériaux non-magnétiques, afin de limiter les effets joules ou les effets de champs Oersted, mais surtout pour permettre la création de dispositifs aux nouvelles fonctionnalités et principe de fonctionnement. En outre, l'absorption de courants de spin purs par un élément ferromagnétique est associé au mécanisme de transfert de spin et peuvent exciter des ondes de spin, induire des oscillations magnétiques conduisant à la commutation magnétique. Un sujet relativement indépendant, mais connexe est la manipulation de parois magnétiques (DWS) dans les nanostructures, qui soulève des questions fondamentales liées au mouvement de DW induit par courant, et sous-tend un certain nombre de technologies émergentes. Au cours de cette thèse, l'intention est d'explorer l'interaction entre les DWS et les courants de spin purs. L'idée principale est d'utiliser vannes de spin latérales pour créer et détecter les courants de spin, et des constrictions dans des nanofils de NiFe pour manipuler les DW, nous allons alors montrer comment ceci peut être utilisé pour générer depuis des DWS des courants de spin purs pour détecter efficacement l’effet Hall de spin. Réciproquement, les courants de spin ainsi généré peuvent être utilisés pour détecter très précisément la position ou la configuration micro-magnétique d'un DW. / The bulk effect of the interconversion between charge current and spin current is activated by spin Hall effect (SHE) and its inverse. It is vastly recognized that the SHE originate of the strong spin–orbit coupling in nonmagnetic materials. This thesis is focused on a proposal techniques to characterize SHE and inverse spin Hall effect (ISHE) in the ferromagnetic/nonmagnetic (F/N) nanostructure and electrical detection of magnetic domain walls by using SHE and ISHE. We will briefly give the cornerstones and the basic spintronic concepts, in order to ease the understanding of the work presented in this thesis, and the state-of-the-art of the SHE investigations. In the second part, a technique of F/N nanostructure are proposed and applied to detect the spin Hall angle and spin diffusion length of Pt. Then the technique will be used to characterize the SHE/ISHE in different materials, heavy metal and alloys. The influence of the interfaces in the device will also investigated. In the last of this manuscript, we demonstrate a domain wall (DW) detection method, based on the ability for a ferromagnetic nanowire, in which a DW is pinned, to inject or detect a PSC what can be produced/detected by SHE/ISHE.

Le sujet de ce travail a été une étude détaillée du supraconducteur CuxTiSe2. Des échantillons avec différentes teneurs en cuivre x, ont été étudiés par magnétométrie locale à sonde de Hall. Nous avons tout d'abord construit les profils de champ magnétique dans les échantillons pour déterminer quand les premiers vortex pénètrent dans l'échantillon. La forme en dôme des profils a indiqué que le piègeage est très faible et que la pénétration des vortex est principalement régie par des barrières géométriques, ce qui nous a permis de déterminer le champ critique inférieur, Hc1. Un bon accord entre la théorie et Hc1 (T) a été obtenu en utilisant un modèle à deux gaps, même si l'origine du plus petit de ces gaps ne peut être liée à la structure électronique de CuxTiSe2 . En combinant ces mesures avec des mesures de chaleur spécifique effectuées précédemment sur ces échantillons, nous avons obtenu un comportement non trivial de l'énergie de condensation. En outre, les mesures effectuées pour diverses orientations du champ magnétique ont révélé la présence d'un effet de "lock-in" dans CuxTiSe2, montrant que les vortex restent piégés le long d'une structure en couches même pour les champs magnétiques inclinés. L'orientation des vortices a été déterminée expérimentalement et a pu être bien décrite par un modèle tenant compte de la présence d'une "sur-structure" dans laquelle la supraconductivité est - au moins - partiellement détruite. Cet effet de lock-n a été analysé sur trois échantillons et nous avons montré que la force de piégeage est indépendante du dopage du cuivre. La nature de cette sur-structure est encore inconnue mais pourrait être liée à l'observation récente de parois de domaine des ondes de densité de charge, qui pourraient induire de fortes variations du paramètre d'ordre supraconducteur. / The subject of this work was a detailed study of superconducting CuxTiSe2. Samples with various copper content x, from underdoped to overdoped regions of the phase diagram, were investigated by local Hall probe magnetometry. At first, we constructed the magnetic field profiles in the samples to determine when the first vortices penetrate into the sample. The observed dome-like shape of the profiles indicated that pinning is very small and that the vortex penetration is primarily governed by geometrical barriers, hence enabling us to determine the lower critical field, Hc1. A good agreement between theory and the Hc1(T) data was obtained by using a model with two energy gaps, even though the origin of the smaller energy gap in CuxTiSe2 cannot be related to its electronic structure. Combining those measurements with heat capacity measurements previously performed on these samples, we obtained a non trivial condensation energy. Moreover, measurements performed for various orientations of the magnetic field revealed the presence of a lock-in effect in CuxTiSe2, when superconducting vortices are trapped along a layered structure even for tilted magnetic fields. The orientation of the vortices was experimentally determined and could be well described by a model considering the presence of an additional layered structure in which superconductivity is at least partially suppressed. The lock-in effect was analysed in three different samples and we have shown that the strength of the lock-in is independent of the copper doping, even though this effect can be masked by strong demagnetisation effects in very thin samples. The strength of this lock-in effect indicates that the superconductivity is strongly suppressed on certain layered structure. The nature of this "extrinsic" pinning structure is still unknown but might be related to the recent observation of charge density waves domain walls which may induce strong variations of the superconducting order parameter.

Aujourd’hui les propulseurs à effet Hall ont gagné une position dominante dans le marché des propulseurs électriques spatiales. Ce grand succès est du surtout à leur simplicité de réalisation (par rapport aux autres typologies des propulseurs) et à leur efficacité (par rapport aux propulseurs chimiques traditionnels). Les propulseurs à effet Hall sont aujourd’hui utilisés sur un très grand nombre des plateformes satellitaires (surtout pour les télécommunications). Les composants principales d’un propulseur à effet Hall sont : le circuit magnétique, le canal plasma, l’anode (placé au fond du canal plasma avec injecteur du gaz) et la cathode (placée à l’extérieur du canal plasma). Le fonctionnement d’un propulseur à effet Hall est basé sur la génération d’un champ électrique axial (généré entre l’anode et la cathode) et d’un champ magnétique radial (perpendiculaires entre eux). Le champ magnétique a le rôle de former une zone de très forte concentration électronique (il emprisonne les électrons générés par la cathode) pour permettre aux atomes neutres du gaz de se ioniser. Le champ électrique a le rôle d’accélérer les ions vers l’extérieur du canal. Cette accélération génère la poussée. Le champ magnétique joue un rôle crucial dans le fonctionnement d’un propulseur à effet Hall. La forme du champ magnétique impacte sur les performances propulsifs et sur l’érosion du propulseurs. La topologie magnétique classique des propulseurs à effet Hall n’a subi presque pas des changements depuis les années de développement de cette technologie parce qu’elle garanti des performances propulsifs assez satisfaisantes. Aujourd’hui, avec les nouvelles exigences propulsifs, il y a une très forte nécessité des moteurs avec une durée de vie plus longue. Des nouvelles topologie magnétique innovante sont proposés aujourd’hui comme par exemple le "Magnetique-Shielding" ou le "Wall-Less" . Ces topologies magnétique bouleverse complètement la topologie magnétique classique (en gardant des performances propulsif satisfaisantes) pour protéger le moteur de l’érosion du plasma. Dans cette thèse une autre approche a été adopté. Nous avons pensé d’utiliser une topologie magnétique classique et de déplacer les parties du circuit magnétique attaquées par l’érosion vers des zones moins dangereuses. Nous avons agit sur la forme du circuit magnétique et pas sur la forme de la topologie magnétique pour garder les même performances propulsifs de la topologie magnétique classique. L’objectif de la thèse était de créer des outils pour le design et l’optimisation des circuits magnétiques des propulseurs à effet Hall. Un algorithme nommé ATOP a été créé dans l’équipe de recherche GREM3 du laboratoire LAPLACE de Toulouse. Cette thèse a contribué à la création de la section d’optimisation paramétrique (ATOPPO) et d’une section d’optimisation topologique basée sur les algorithmes génétiques (ATOPTOga) de l’algorithme ATOP. Les algorithme conçues dans cette thèse permettent d’optimiser des propulseurs existants (en terme de forme, masse et courant) ou de concevoir des nouveaux propulseurs (nécessité de concevoir un nouveau propulseur capable de reproduire une topologie magnétique précise). Les algorithmes développées ont démontrés leur efficacité à travers leur application sur un propulseur réel, le PPS-1350-E® de SAFRAN. Ce propulseur a été optimisé en terme de masse et de courant bobines (minimisation de la masse et du courant bobines). Les algorithmes développés ont démontré donc leur efficacité comme instrument d’optimisation et de design. Ces deux algorithmes ont été utilisé pour le design d’un circuit magnétique innovant qui a comme objectif de réduire l’érosion du moteur. Les résultats de ce processus de design ont amené à la réalisation et à la construction d’un prototype qui possède la même topologie magnétique du propulseur PPS- 1350-E® commercialisé par SAFRAN mais avec une circuit magnétique de forme différente. / Nowadays, two types of space propulsion engines exist: the most common ones are the chemical propulsion engines which provide high thrust impulses allowing fast orbit transfers. But this technology requires a large amount of propellant and is not suitable for interplanetary displacements, whose propellant mass requirements are too high. The second type of propulsion engine is based on electrical propulsion that provide very low but continuous thrust, resulting in huge propellant savings at the cost of longer spacecraft transfer time. The main advantage of electric thrusters lies in their highly efficient utilization of propellant mass. The corresponding reduction in necessary propellant supply makes it possible to board a greater portion of useful payload possible. Hall thruster belongs to the electric spacecraft engines typology and it is constituted of a cylindrical plasma channel, an interior anode, an external cathode and a magnetic circuit that generates a primarily radial magnetic field across the plasma channel. The magnetic circuit of a Hall effect thruster must generate a specific electromagnetic distribution inside and near the outlet of the plasma channel. In a Hall Effect thruster the magnetic circuit constitutes more than half of the whole thruster. Consequently the design of this magnetic circuit must be optimized in order to minimize the embedded mass. The main components of this circuit are the coils which produce the magnetic and ferromagnetic parts which guide the and to shape the density. Usually the magnetic circuit includes four (or more) external coils located around the exterior radius of the plasma channel and one internal coil around the interior radius of the plasma channel. All the coils are supplied by the same DC. Two coils located at the rear of the plasma channel can be also used to perform the magnetic topography. The first objective of the design process of this type of structure is to obtain a specific magnetic topography in the thruster channel with given magnetic field radial component values and a certain inclination of the corresponding field lines. By considering nowadays the requirements in terms of lifetime new specifications concerning in particular the erosion of ceramic wall have to be taken into account.This weakness has its origins in plasma-surface interaction inside the discharge chamber. Thus, to solve this problem it has been proposed to move the ionization zone outside the thruster channel in order to avoid contact between the ions and ceramic material. Thanks to new studies carried on the impact of magnetic topology, new magnetic configurations have been highlighted to improve the efficiency and reduce the erosion of the ceramic walls. The aim of this work is to develop tools for solving this inverse magnetostatic problem and to find new magnetic structures that are able to produce these new magnetic cartographies. Methods based on topological optimization have already been developed for these structures. The algorithm ATOPTO (Algorithm To Optimize Propulsion with Topology Optimization) has already demonstrated its efficiency. In this work we try to extend the scope of the algorithm ATOP by adding a new parametric optimization section called ATOPPO. The ATOP algorithm becomes a very versatile optimization tool for Hall Effect thruster magnetic circuits.

Neste trabalho, realizamos medidas sistemáticas dos efeitos Hall e Shubnikov-de Haas em função do tempo de iluminação das amostras a fim de investigar as propriedades de transporte elétrico de um gás bidimensional de elétrons (2DEG) confinado num poço-quântico de GaAs/InGaAs próximo a pontos-quânticos de InAs introduzidos na barreira superior do poço-quântico (GaAs). Nós não observamos qualquer degradação expressiva da mobilidade eletrônica devido a inserção deles na heteroestrutura. Contudo, observamos diferentes variações das mobilidades quânticas de amostra para amostra, as quais atribuimos ao acúmulo da tensão mecânica na camada de InAs. O comportamento das mobilidades quânticas e de transporte são discutidas no contexto da modulação local dos perfís das bandas de condução e de valência pela camada de InAs. / In this work, systematic Shubnikov-de Haas and Hall measurements as a function of the sample illumination time were used to investigate the transport properties of a two-dimensional electron gas (2DEG) confined in GaAs/InGaAs quantum wells and close to InAs quantum-dots placed in the GaAs top barrier. We did not observe any expressive degradation of the electronic mobility due to the insertion of them in the heterostructure. However, we observed a different change of the quantum mobility of the occupied subbands from sample to sample, which was attributed to the accumulation of mechanical strain in the InAs layer. The behavior of the quantum and transport mobilities are discussed in the context of the local modulation of the band edges by the InAs layer.