Made available in DSpace on 2014-06-12T18:03:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo3281_1.pdf: 2633858 bytes, checksum: 52a58b6446457ed1eef1e34a2bbf6b3f (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação, investigaram-se os efeitos de caos causados por pequenas variações de temperatura sobre as propriedades físicas dos vidros de spins de Potts. Considerou-se o modelo de Potts com q estados, com interações de intercâmbio escolhidas ao acaso a partir de uma função de distribuição de probabilidades, e definido em uma rede hierárquica tipo diamante com dimensão fractal df, fator de escala b = 2 e p conexões. O efeito de pequenas variações de temperatura sobre as propriedades físicas do sistema foi estudado analisando-se a sensibilidade da sobreposição de configurações da magnetização local h_T i em estados de equilíbrio na temperatura T e na temperatura T + _T, mais precisamente a sobreposição da correlação local q(T, _T) = h_T _T+_T i e seu desvio, _q, com respeito ao parâmetro de ordem de Edwards-Anderson local, qEA = h_2 T i. Utilizou-se o método do grupo de renormalização de Migdal-Kadanoff no espaço real, combinado com um procedimento recursivo exato para calcular os valores locais da magnetização em redes de dimensão fractal variável. O desvio _q foi calculado em diferentes temperaturas como função do tamanho da rede e para interações escolhidas das distribuições de probabilidades bimodal e gaussiana. Para temperaturas bem abaixo da temperatura de transição encontrou-se que _q aumenta significativamente com o tamanho da rede sinalizando um comportamento caótico com relação a pequenas variações de temperatura. Este comportamento caótico foi observado no intervalo de temperatura onde se localiza um atrator estranho no diagrama do fluxo de renormalização da distribuição de probabilidades das interações, o qual está associado `a fase condensada do modelo. Os histogramas da magnetização e do paâametro de ordem locais nas configurações perturbada (em T +_T) e não perturbada (em T) evidenciaram como essas configurações diferem consideravelmente no intervalo de temperatura do atrator, enquanto para temperaturas fora desse intervalo, sejam elas abaixo ou acima, tais diferenças se tornam quase imperceptíveis

This dissertation deals with the dynamics of interacting quantum and classical spin models and the question of whether and to which degree the dynamics of these models agree with each other. For this purpose, XXZ models are studied on different lattice geometries of finite size, ranging from one-dimensional chains and quasi-one-dimensional ladders to two-dimensional square lattices. Particular attention is paid to the high-temperature analysis of the temporal behavior of autocorrelation functions for both the local density of magnetization (spin) and energy, which are closely related to transport properties of the considered models. Due to the conservation of total energy and total magnetization, the dynamics of such densities are expected to exhibit hydrodynamic behavior for long times, which manifests itself in a power-law tail of the autocorrelation function in time. From a quantum mechanical point of view, the calculation of these autocorrelation functions requires solving the linear Schrödinger equation, while classically Hamilton’s equations of motion need to be solved. An efficient numerical pure-state approach based on the concept of typicality enables circumventing the costly numerical method of exact diagonalization and to treat quantum autocorrelation functions with up to N = 36 lattice sites in total. While, in full generality, a quantitative agreement between quantum and classical dy- namics can not be expected, contrarily, based on large-scale numerical results, it is demonstrated that the dynamics of the quantum S = 1/2 and classical spins coincide, not only qualitatively, but even quantitatively, to a remarkably high level of accuracy for all considered lattice geometries. The agreement particularly is found to be best in the case of nonintegrable quantum models (quasi-one-dimensional and two-dimensional lattice), but still satisfactory in the case of integrable chains, at least if transport properties are not dominated by the extensive number of conservation laws. Additionally, in the context of disordered spin chains, such an agreement of the dynamics is found to hold even in the presence of small values of disorder, while at strong disorder the agreement is pronounced most for larger spin quantum numbers. Finally, it is shown that a putative many-body localization transition within the one- dimensional spin chain is shifted to stronger values of disorder with increasing spin quantum number. It is concluded that classical or semiclassical simulations might provide a meaningful strategy to investigate the quantum dynamics of strongly interacting quantum spin models, even if the spin quantum number is small and far from the classical limit.

La présente thèse, intitulée ``Investigations on electric-magnetic duality in gravity and higher spin theories'', constitue un étude sur la dualité dans les théories de la gravitation et de spins élevés dans le cadre des symétries cachées qui apparaissent après la réduction dimensionnelle de la Relativité Générale et la Supergravité. Elle a comme but de clarifier, en utilisant le formalisme Hamiltonien, la relation entre le graviton et son champ dual (en général, un tenseur de symétrie mixte (D-3,1)) en dimension abitraire, ainsi que la recherche de la généralisation de la symetrie de dualité, par méthodes identiques, aux théories de champs de spin élevé et l'exploration du comportement des champs fermioniques sous l'action de la dualité. La thèse est divisé en cinq chapitres. Le premier chapitre constitue une introduction au sujet des dualités et symétries cachées dans les théories de l'electromagnetisme, la gravitation et la supergravité. Le deuxième chapitre est dédié à l'étude de la dualité dans la gravité linéarisée à dimension D=4: d'abord, on rappelle comment résoudre les contraintes du formalisme Hamiltonien en termes de deux prépotentiels et la forme que l'action prenne après cette résolution. De plus, on reformule l'action en termes de certaines tenseurs invariantes de jauge et trouve une expression non-locale de l'action en termes de deux métriques. En outre, on établisse l'estructure des equations de mouvement covariantes comme une condition de ``twisted self-duality'' et vérifie qu'elles sont equivalentes à un sous-ensemble de celles-ci qui ne contient pas des dérivées temporelles de deuxième ordre. Ce sous-ensemble est aussi obtenu comme les equations de mouvement qui se derivent de l'action écrite en termes des prépotentiels. Dans le troisième chapitre, on généralise cette construction ci-dessus à dimension arbitraire D, où le champ dual du graviton est décrit par un tenseur de symétrie mixte (D-3,1): les contraintes sont résolues en termes de prépotentiels, qu'on utilise afin de construire une action locale, pour finalement obtenir son expression non-locale en termes du graviton et son champ duel. Dans le dernier chapitre, on étudie l'extension de la dualité au système de l'hypergravité linéarisée: la contrainte fermionique est résolue, et les transformations de supersymétrie pour les prépotentiels sont obtenues, ainsi que l'action de la dualité sur les champs fermioniques. / Option Physique du Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 4826591 bytes, checksum: e6e04e044c68d4c03a9c4e303f7417fd (MD5) Previous issue date: 2009-03-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / We consider the classical version of the Heisenberg exchange model on the surface of a Möbius strip. Vortex- like excitations, carrying non-trivial charge (topological winding number), are shown to emerge as static solutions in the planar rotator regime. Besides such a charge, attention is also paid to discuss about its energetics. / O modelo de Heisenberg, descrevendo a interação de troca entre spins clássicos, é investigado na superfície da fita de Möbius. Excitações do tipo-vórtice, caracterizadas por cargas topológicas não-triviais, são estudadas como soluções estáticas no regime de rotor planar. Além da carga, discute- se também a energética associada a tal solução.

Au niveau atomique, le contrôle de spins est un objectif primordial en physique quantique. Malheureusement la présence de bruits gêne ce dernier. Le but est de trouver les conditions à imposer à l’environnement pour que le contrôle ne soit pas perturbé par le bruit. L’étude d’une chaîne de spins caractérisée par trois couplages : interactions d’Heisenberg, d’Ising-Z et d’Ising-X, évoluant librement est prise comme référence. Nous observons que l’interaction d’Heisenberg correspond à un couplage isotrope. Celle d’Ising-Z conserve l’ordre dans la chaîne tandis que celle d’Ising-X est très désordonnée. Nous rendons le système plus complexe en ajoutant du contrôle et en analysant le comportement adiabatique d’un système quantique. Ce dernier est composé d’un système et d’un environnement, dont le couplage est perturbatif. Trois régimes adiabatiques ont été mis en évidence. Des formules permettant d’obtenir la fonction d'onde au cours du temps ont alors été établies pour ces trois régimes. Cependant, dans la pratique, les systèmes quantiques ne sont en aucun cas isolés. L’interaction avec leur environnement peut entraîner des comportements plus complexes, rendant le contrôle très difficile. Nous avons alors étudié des systèmes de spins, couplés ou non, frappés par des trains d’impulsions magnétiques ultracourtes. Ces trains traversent un environnement classique (stationnaire, de dérive linéaire, Markovien, microcanonique) modifiant la force et le retard de chaque impulsion. La modification des trains par l’environnement classique est une des sources du désordre dans le système de spins. Ce désordre est transmis entre les spins par le couplage. Dans cette étude nous n’arrivons pas à contrôler le système lorsque les trains sont en présence des environnements précédents. Pour palier à ce problème, nous imposons aux impulsions magnétiques de traverser un environnement chaotique. Avant un temps t, appelé horizon de cohérence, le système couplé par une interaction d’Heisenberg et soumis à un environnement chaotique reste cohérent alors qu’après, la population et la cohérence d'un spin et du spin moyen du système tendent à se rapprocher de la distribution microcanonique. Pendant cet horizon, il est possible de réaliser du contrôle quantique soit par contrôle total (contrôle du système à chaque instant), soit par transmission d’information. Cette étude nous a permis de déterminer une formule empirique de l’horizon de cohérence. Finalement, nous nous sommes attachés à trouver une formule plus formelle de cet horizon. / At an atomic level, the spin control is an essential aim in quantum physics. Unfortunately, the presence of noises disturbs this last. The goal is to find the conditions which we have to impose to the environment in order that the control is not disturbed by the noise. The study of a spin chain characterized by three couplings (Heisenberg, Ising-Z and Ising-X interactions) freely evolving is taken as reference. We observe that the Heisenberg interaction corresponds to an isotropic coupling. The Ising-Z one conserves the order into the chain whereas the Ising-X one is really disordered. We consider a more complex quantum system by adding some control and analyzing its adiabatic behavior. This last is composed by a system and an environment, for which the coupling is perturbative. Three adiabatic regimes have been highlighted. Some formulas allowing to obtain the wave function across the time have been established for these three regimes. However, in practice, quantum systems are not isolated. The interaction with their environment can lead to more complex behaviors, driving the control more difficult. We have studied spin systems, coupled or not, kicked by some ultrashort magnetic pulse trains. These trains cross a classical environment (stationary, drift, Markovian, microcanonical) modifying the strength and the delay of each pulse. The modification of the trains by the environment is one of the sources of the disorder into the spin system. This disorder is transmitted between the spins by the coupling. In this study we do not succeed in controlling the system when the trains are in the presence of the previous environments. To remedy this situation, we force the magnetic pulses to cross a chaotic environment. Before a time t, called horizon of coherence, the system coupled by an Heisenberg interaction and submitted to a chaotic environment remains coherent whereas after, the population and the coherence of one spin and of the average spin of the system tend to go near the microcanonical distribution. During this horizon, it is possible to realize some quantum control either by total control (control of the system at every instants) or by information transmission. This study allows us to determine an empirical formula of the horizon of coherence. Finally, we have tried to find a more formal approach for this horizon.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés initialement aux transitions de phase qui ont lieu dans les cristaux liquides (CL), d'un point de vue théorique et numérique. En effet, les résultats présentés ici découlent de simulations numériques Monte Carlo (MC) et de développements analytiques basés sur des modèles de physique statistique et de matière condensée. Une forte analogie existe entre les systèmes de spins et les CL.Par exemples, ces derniers présentent des phases où les molécules sont toutes alignées dans le même sens comparables aux spins dans les matériaux ferromagnétiques. D'autres phases, dites cholesteriques, sont caractérisées par un arrangement moléculaire ressemblant beaucoup aux structures helimagnétiques. Mais les CL étant un état de la matière intermédiaire, situé entre le solide et le liquide, il est nécessaire de tenir compte des mouvements des molécules dans les modèles et d'adapter en conséquence l'algorithme de MC utilisé.Après une courte introduction sur les CL et leurs applications dans le premier chapitre, le second chapitre est longuement dédié aux méthodes MC et à l'adaptation de l'algorithme de Metropolis-Hastings afin d'introduire la mobilité des molécules.Le chapitre III est en quelque sorte un cas test pour simuler les CL. On considère un ensemble de molécules sur réseau et dont le nombre est inférieur au nombre de sites du réseau. L'interaction entre spins de plus proches voisins est de type Potts. L'état de plus basse énergie correspond au cas où tous les spins sont tassés au fond de la cuve.Ce système est d'abord traité par une étude de champ moyen dont les résultats sont confirmés par les simulations. Il apparaît que les couches de surface subissent une fusion et que le cœur du solide restant subit une transition du premier ordre.Le quatrième chapitre est consacré à des structures topologiques particulières que sont les skyrmions et des structures en bandes que l'on peut trouver dans les CL. A l'aide d'interactions Dzyaloszhinski-Moria (DM) D en présence d'une interaction d'échange J dans des films minces, nous étudions dans un premier temps les excitations des ondes de spin, également appelées magnons, qui sont le résultat d'une excitation collective de spins. Grâce aux fonctions de Green, nous calculons le spectre d'ondes de spin permettant ainsi de déterminer les propriétés à T = 0 et à température finie. Dans un deuxième temps, nous appliquons un champ magnétique H orthogonal au film mince faisant apparaître un cristal de skyrmions. En utilisant des simulations MC, nous montrons des vortex pour lesquels chaque centre peut être considéré comme le nœud d'une super-structure. Nous parlons alors de cristal de skyrmions. Selon les valeurs de D/H les simulations peuvent montrer également une structure semblable à celle que l'on trouve dans certains CL.Le chapitre suivant est consacré à l'étude de la dynamique conduisant à la formation des phases nématique et smectique à l'aide d'un modèle mobile de Potts. Nous observons ici les mécanismes qui se produisent pour former un cristal liquide nématique ou smectique lors du refroidissement à partir d'une phase isotrope. Le choix des interactions est crucial pour modéliser ces deux phases.Dans le chapitre VI, nous traitons de l'interaction dipolaire dans les nano dots avec un modèle de spin d'Heisenberg. La première partie du chapitre est consacrée à l'état fondamental présentant un vortex autour du centre du dott. Les spins sont coplanaires au plan du dot sauf à proximité du centre du dot où ils ont une composante z non nulle. Nous étudions ensuite l'effet de la température et la fusion du dot. La température de fusion du dot ne dépend pas de la taille du système, ce qui est très différent de ce qui se passe dans le cas des spins localisés. Ce chapitre n'est pas directement lié aux CL, mais est le premier pas dans la construction d'un modèle plus complet pour décrire le mécanisme conduisant aux phases cholestériques. / In this thesis, we are initially interested in the phase transitions that take place in liquid crystals (LC), from a theoretical and numerical point of view. Indeed, the results presented here are derived from Monte Carlo (MC) simulations and analytical developments based on statistical physics and condensed matter models. A strong analogy exists between spin systems and LC. For example, the latter have phases where the molecules are all aligned in the same direction (orientational order) comparable to spins in ferromagnetic materials. Other phases, called cholesteric, are characterized by a molecular arrangement very similar to the helimagnetic structures. But LC being an intermediate state of matter, between the solid and the liquid phase, it is necessary to take into account the motions of the molecules in the models and to adapt accordingly the MC algorithm.After a short and general introduction on LC and their applications in the first chapter, the second chapter is devoted to MC methods and the adaptation of the Metropolis-Hastings algorithm in order to introduce the mobility of molecules in our systems.Chapter III is a test case to simulate LC. We consider a set of molecules on a lattice. The number of molecules is smaller than the number of the lattice sites to allow for a molecule mobility between sites. The interaction between nearest neighbouring spins is supposed to be a Potts model. The lowest energy state corresponds to the case where all the spins are packed at the bottom of the tank. This solid ground state becomes a liquid at high temperatures.This system is first treated with a mean-field analysis whose results are confirmed by the MC simulations. It appears that the surface layers undergo a melting and that the core of the remaining solid undergoes a first-order phase transition.The following chapter is devoted to particularly topological structures which are skyrmions and stripe structures. These structures are often observed in LC. We use a Dzyaloshinski-Moria (DM) interaction of strength D in addition to an exchange interaction J to study properties of thin films. In a first part of the chapter, we study the spin-wave excitations, also termed magnons, that are the result of a collective excitation of spins. Using the Green's function, we calculate the spin-wave spectrum which is used next to determine properties at T=0 and at finite temperatures. In the second part of the chapter, we apply a magnetic field H orthogonal to the thin film making appear a crystal of skyrmions. Using MC simulations, we show that skyrmions arranged on a super-structure of a triangular geometry. Depending on the value of D/H, these simulations also show a labyrinth-like structure very close to the filament-shaped structures found in certain LC.The next chapter is devoted to the study of the dynamics leading to the formation of the nematic and smectic phases using a mobile Potts model. We observe here how the nematic and smectic LC are dynamically formed upon cooling from the isotropic phase. The choice of the interactions is crucial to model these two phases.In the chapter VI, we deal with the dipolar interaction in nanodots using the Heisenberg spin model. The first part of the chapter is devoted to the determination of the ground state exhibiting a vortex around the center of the dot. The spins lie in the xy plane at the border of the dot but go out of the xy plane at the dot center to give rise to a non-zero z component. We then study the effect of the temperature and the melting of the dot. The melting temperature of the dot do not depend on the size of the system. This is very different with the case of localised spins where the transition temperature increases with increasing the film thickness. This chapter is not directly related to LC. It was the first step towards a more complicated model describing the mechanism leading to cholesteric LC phases.

Le développement de nouveaux dispositifs spintroniques à base de semi-conducteurs (SC) nécessite la création d'une population électronique polarisée en spin dans ces matériaux. De ce point de vue, le germanium est un matériau prometteur pour les applications en spintronique à cause de la forte mobilité des porteurs de charge ainsi que de la symétrie d'inversion du cristal diamant à l'origine de temps de vie de spin très longs. Dans ce manuscrit, nous discutons deux approches pour l'injection et la détection électrique de spins dans le germanium. La première approche consiste à utiliser une barrière tunnel et un métal ferromagnétique (FM) comme injecteur de spin. L'insertion d'une barrière tunnel à l'interface FM/SC permet de résoudre le problème fondamental du désaccord de conductivité. Nous avons utilisé deux injecteurs différents : Py/Al2O3 et CoFeB/MgO. Les mesures sont réalisées en géométrie à trois contacts et l'accumulation de spins dans le germanium est démontrée par la mesure de l'effet Hanle. Dans le cas d'une barrière d'Al2O3, les spins injectés s'accumulent sur des états localisés à l'interface oxyde/Ge et cette accumulation est observée jusqu'à 220 K. Dans le cas d'une barrière de MgO, les spins sont réellement injectés dans le canal de Ge et un signal de 20-30 µV est encore observé à température ambiante. Nous discutons dans la deuxième approche l'utilisation du semi-conducteur magnétique (Ge,Mn) comme injecteur de spins dans le Ge. Nous avons tout d'abord étudié les propriétés structurales et magnétiques de films minces de (Ge,Mn) fabriqués par épitaxie par jets moléculaires à basse température. En faisant varier les paramètres de croissance, nous avons pu observer des nanocolonnes de GeMn cristallines ou amorphes, ainsi que des films et des nanoparticules de Ge3Mn5. Nous nous sommes concentrés sur l'anisotropie magnétique de ces nanostructures. Finalement, la croissance de (Ge,Mn) sur GOI a été optimisée en vue de son utilisation comme injecteur de spins dans le germanium et différentes méthodes d'intégration de ce matériau dans les dispositifs de spintronique " tout semi-conducteur " sont discutées.

Le développement de nouveaux dispositifs spintroniques à base de semi-conducteurs (SC) nécessite la création d'une population électronique polarisée en spin dans ces matériaux. De ce point de vue, le germanium est un matériau prometteur pour les applications en spintronique à cause de la forte mobilité des porteurs de charge ainsi que de la symétrie d'inversion du cristal diamant à l'origine de temps de vie de spin très longs. Dans ce manuscrit, nous discutons deux approches pour l'injection et la détection électrique de spins dans le germanium. La première approche consiste à utiliser une barrière tunnel et un métal ferromagnétique (FM) comme injecteur de spin. L'insertion d'une barrière tunnel à l'interface FM/SC permet de résoudre le problème fondamental du désaccord de conductivité. Nous avons utilisé deux injecteurs différents : Py/Al2O3 et CoFeB/MgO. Les mesures sont réalisées en géométrie à trois contacts et l'accumulation de spins dans le germanium est démontrée par la mesure de l'effet Hanle. Dans le cas d'une barrière d'Al2O3, les spins injectés s'accumulent sur des états localisés à l'interface oxyde/Ge et cette accumulation est observée jusqu'à 220 K. Dans le cas d'une barrière de MgO, les spins sont réellement injectés dans le canal de Ge et un signal de 20-30 µV est encore observé à température ambiante. Nous discutons dans la deuxième approche l'utilisation du semi-conducteur magnétique (Ge,Mn) comme injecteur de spins dans le Ge. Nous avons tout d'abord étudié les propriétés structurales et magnétiques de films minces de (Ge,Mn) fabriqués par épitaxie par jets moléculaires à basse température. En faisant varier les paramètres de croissance, nous avons pu observer des nanocolonnes de GeMn cristallines ou amorphes, ainsi que des films et des nanoparticules de Ge3Mn5. Nous nous sommes concentrés sur l'anisotropie magnétique de ces nanostructures. Finalement, la croissance de (Ge,Mn) sur GOI a été optimisée en vue de son utilisation comme injecteur de spins dans le germanium et différentes méthodes d'intégration de ce matériau dans les dispositifs de spintronique « tout semi-conducteur » sont discutées. / Creation of spin polarization in non-magnetic semiconductors is one of the prerequisite for creation of spintronics based semiconductor devices. Germanium is interesting for spintronics applications due to its high carrier mobilities and its inversion symmetry that gives long spin lifetimes. In this manuscript, we discuss two approaches for electrical spin injection and detection in Germanium. The first approach is to use a tunnel barrier and a ferromagnetic metal as a spin injector. The tunnel barrier at the interface circumvents the conductivity mismatch problem. Two different spin injectors are used: Py/Al2O3 and CoFeB/MgO. The measurements are performed in three-terminal geometry and the proof of spin accumulation is given by Hanle measurements. In case of Al2O3, the spin accumulation is predicted to be in localized states at the oxide/Ge interface and the spin signal is observed up to 220 K. However in MgO based devices, true injection in Ge channel is predicted and spin signal of 20-30 µV is observed at room temperature. The second approach of using ferromagnetic semiconductor (Ge,Mn) as spin injector is also discussed. The structural and magnetic properties of (Ge,Mn) thin-films grown by low-temperature molecular beam epitaxy (LT-MBE) are studied. Depending on the growth parameters, crystalline/amorphous GeMn nanocolumns and Ge3Mn5 thin films or nanoclusters have been observed. Magnetic anisotropy in these nanostructures is also studied. Finally, the growth of (Ge,Mn) films on GOI substrates is shown and different ways to use (Ge,Mn) as a spin injector in Ge are discussed to achieve all-semiconductor based spintronics devices.

La gravité quantique à boucles a fourni un cadre d’étude particulièrement bien adapté aux théories de jauge définies sans métrique fixe et invariante sous difféomorphismes. Les excitations fondamentales de cette quantification sont appelées réseaux de spins, et dans le contexte de la relativité générale donnent un sens à la géométrie quantique au niveau canonique. Les mousses de spins constituent une sorte d’intégrale de chemins adaptée aux réseaux de spins, et donc destinée à permettre le calcul des amplitudes de transition entre ces états. Cette quantification est particulièrement efficace pour les théories des champs topologiques, comme Yang-Mills 2d, la gravité 3d ou les théories BF, et des modèles ont aussi été proposés pour la gravité quantique en dimension 4.Nous discutons dans cette thèse différentes méthodes pour l’étude des modèles de mousses de spins.Nous présentons en particulier des relations de récurrence sur les amplitudes de mousses de spins. De manière générique, elles codent des symétries classiques au niveau quantique, et sont susceptible de permettre de faire le lien avec les contraintes hamiltoniennes. De telles relations s’interprètent naturellement en termes de déformations élémentaires sur des structures géométriques discrètes, telles que simplicielles. Une autre méthode intéressante consiste à explorer la façon dont on peut réécrire les modèles de mousses de spins comme des intégrales de chemins pour des systèmes de géométries sur réseau, en s’inspirant à la fois des modèles topologiques et du calcul de Regge. Cela aboutit à une vision très géométrique des modèles, et fournit des actions classiques sur réseau dont on étudie les points stationnaires. / Loop quantum gravity has provided us with a canonical framework especially devised for back-ground independent and diffeomorphism invariant gauge field theories. In this quantization the funda-mental excitations are called spin network states, and in the context of general relativity, they give ameaning to quantum geometry. Spin foams are a sort of path integral for spin network states, supposed to enable the computations of transition amplitudes between these states. The spin foam quantization has proved very efficient for topological field theories, like 2d Yang-Mills, 3d gravity or BF theories. Different models have also been proposed for 4-dimensional quantum gravity.In this PhD manuscript, I discuss several methods to study spin foam models. In particular, I present some recurrence relations on spin foam amplitudes, which generically encode classical symme-tries at the quantum level, and are likely to help fill the gap with the Hamiltonian constraints. These relations can be naturally interpreted in terms of elementary deformations of discrete geometric struc-tures, like simplicial geometries. Another interesting method consists in exploring the way spin foam models can be written as path integrals for systems of geometries on a lattice, taking inspiration from topological models and Regge calculus. This leads to a very geometric view on spin foams, and gives classical action principles which are studied in details.

Ce travail de thèse porte sur l'étude par la résonance paramagnétique électronique (RPE) des sels à transfert de charge quasi-unidimensionnels (TMTTF)$ {2}$X (X=AsF$ {6}$, PF$ {6}$, SbF$ {6}$), matériaux modèles de chaînes de spins quantiques. Tout d'abord, nous avons examiné en onde continue et sur une large gamme de température et de fréquence, la phase d'ordre de charge déjà observée dans ces matériaux en dessous de la température T$ {CO}$. Nous avons mis en évidence deux nouveaux phénomènes à T < T$ {CO}$: la rotation des axes principaux du facteur g et une modification structurale liée à un dédoublement de la maille cristallographique. Un calcul de chimie quantique a été réalisé à l'aide de la méthode DFT confirmant nos résultats expérimentaux. Dans la seconde partie de ces travaux de thèse, nous avons présenté les résultats obtenus par RPE en onde continue et en onde pulsée sur l'étude des défauts corrélés dans les systèmes à chaînes de spins. En onde continue, nous avons détecté pour la première fois une raie RPE fine à basse température, suggérant la présence de défauts corrélés ayant les caractéristiques de solitons. Les mesures par RPE pulsée nous ont permis d'observer les premières oscillations de Rabi de solitons piégés et de déterminer leur caractère robuste. Ces derniers résultats offrent une approche alternative aux qubits à base de spins pour le traitement de l’information quantique. / This thesis focuses on the study by Electron Paramagnetic Resonance (EPR) of the quasi-one-dimensional charge transfer salts (TMTTF)$ {2}$X (X=AsF$ {6}$, PF$ {6}$, SbF$ {6}$), model materials of quantum spin chains. First, we have examined in continuous wave and on a wide range of temperature and frequency, the charge-ordered phase already observed in these materials below the temperature T$ {CO}$. We have identified two new phenomena at T <T$ {CO}$: the rotation of the principal axes of the g factor and a structural change related to a doubling of the unit cell parameter. A quantum chemical calculation was carried out using DFT confirming our experimental results. In the second part of the thesis, we have presented the results obtained by EPR in continuous wave and pulsed wave on the correlated defects study in spin chain systems. In continuous wave, we have detected for the first time a narrow EPR line at low temperature, suggesting the presence of correlated defects having the characteristics of solitons. The pulsed EPR measurements allowed us to observe the first Rabi oscillations of trapped solitons and to determine their robust character. These latter results offer an alternative approach for spin qubits in quantum information processing.