Dark Optical Lattice of Ring Traps for Cold Atoms

We propose a new geometry of optical lattice for cold atoms, namely a lattice made of a 1D stack of dark ring traps. It is obtained through the interference pattern of a standard Gaussian beam with a counter-propagating hollow beam obtained using a setup with two conical lenses. The traps of the resulting lattice are characterized by a high confinement and a filling rate much larger than unity, even if loaded with cold atoms from a MOT. We have implemented this system experimentally, and obtained a lattice of ring traps populated with typically 40 atoms per site with a life time of 30 ms. Applications in statistical physics, quantum computing and Bose-Einstein condensate dynamics are conceivable.Comment: 4 pages, submitted to PR

Light-driven Pickering interfacial catalysis for the oxidation of alkenes at near-room temperature †

In this study, we have developed an emulsion system combining plasmonic Au-loaded amphiphilic silica nanoparticles (Au/SiO2–C3) and tri(dodecyltrimethylammonium) phosphotungstate ([C12]3[PW12O40]) nanoparticles acting as an on-site photoassisted heater/activator and a catalyst, respectively, at the water/oil interface. The system exhibits a 5-fold increase of activity compared to the thermal reaction for the near-room temperature oxidation of alkenes with H2O2. The nanoparticles show excellent recyclability and structural stability. This study opens an avenue to design multiphase photoreactors for oxidation reactions at mild temperature, with a potential energy saving of 74% compared to that of thermally heated reactors at isoconversion

A minimal titration modelization of the mammalian dynamical heat shock response

Environmental stress, such as oxidative or heat stress, induces the activation of the Heat Shock Response (HSR) which leads to an increase in the heat shock proteins (HSPs) level. These HSPs act as molecular chaperones to maintain proteostasis. Even if the main heat shock response partners are well known, a detailed description of the dynamical properties of the HSR network is still missing. In this study, we derive a minimal mathematical model of cellular response to heat shock that reproduces available experimental data sets both on transcription factor activity and cell viability. This simplistic model highlights the key mechanistic processes that rule the HSR network and reveals (i) the titration of Heat Shock Factor 1 (HSF1) by chaperones as the guiding line of the network, (ii) that protein triage governs the fate of damaged proteins and (iii) three different temperature regimes describing normal, acute or chronic stress

Pompage optique de l'hélium dans des conditions non-standard

Metastability exchange optical pumping of helium-3 usually operates at low pressures. This is not well suited for the production of a highly polarised and dense gas of helium-3 required in particular for lung MRI applications. We show that an improvement results from performing the optical pumping at higher pressures in the presence of a sufficiently high magnetic field.We first point out the importance of correlations between atomic velocity and nuclear orientation for excited atoms in the plasma which are coupled to the 1083 nm optical pumping light. We have studied the effect of these correlations on optical pumping efficiency through systematic experimental measurements in conjunction with a detailed model.We then focus on non standard conditions for optical pumping in high magnetic field and high pressure. Here we performed a detailed spectroscopic study of Zeeman effects on the 1083 nm transition of helium. It gave a preciseidentification of positions and intensities of all transitions, and in turn allowed us to we develop a new optical measurement method of nuclear polarisation in arbitrary field. We have demonstrated that the presence ofintense 1083 nm light significantly increases the population of helium metastable molecules in the plasma, in particular at high pressure.Un inconvénient important du pompage optique indirect de l'hélium-3 traditionnel est qu'il opère à des pressions faibles qui ne sont en particulier pas favorables aux applications médicales d'IRM nécessitant la production d'hélium-3 gazeux très polarisé et dense : une voie prometteuse est d'utiliser un fort champ magnétique quipermet d'opérer plus efficacement à plus forte pression.Dans une première partie nous faisons apparaître l'importance des corrélations entre vitesse et orientation nucléaire pour les atomes excités présents dans le plasma et soumis à la lumière de pompage optique à 1083 nm. Nous avons étudié leur effet sur l'efficacité du pompage optique tant au moyen d'un modèle détaillé que par des mesures expérimentales systématiques. Nous montrons la grande importance des caractéristiques spectrales fines des lasers à 1083 nm.Dans la deuxième partie, nous nous intéressons plus spécifiquement à des conditions non standard de pompage optique, en présence d'un fort champ magnétique et à forte pression. Nous avons réalisé une étude spectroscopique détaillée de l'effet Zeeman de la transition à 1083 nm de l'hélium qui permet d'identifier précisément les positions de ces transitions et leurs intensités, ce qui nous a permis de mettre au point une technique originale de mesureoptique de la polarisation nucléaire en champ quelconque. Nous avons démontré que la présence de lumière à 1083 nm augmente significativement la population de molécules métastables au sein d'un plasma d'hélium, en particulier à forte pression

Hétérostructures de van der Waals de haute qualité pour l'optoélectronique et la spintronique

Atomically thin materials such as monolayers of graphite, called graphene, can be isolated with simple experimental methods. Since 2010 the research in atomically thin transition metal dichalcogenides (TMDs) such as MoS2 and WSe2 is one of the most active areas of condensed matter and materials physics research. This has several reasons : bulk TMD crystals have been studied since decades and are in the 2H phase semiconductors with an indirect bandgap. The gap remains indirect also for thinner crystals up to the bilayer limit, but when going from bilayer to monolayer the bandgap becomes direct and makes TMD monolayers interesting for applications in optoelectronics and for fundamental research in light-matter interaction.In addition to being direct, optical transitions at the K-points of the brillouin zone are governed by chiral optical selection rules. By using polarized light of right or left handedness optical transitions in the K+ or K- valley, respectively, can be addressed. The K+ and K- valleys are related by time reversal symmetry. This allows manipulating optically the valley index and allows interesting studies in the field of valleytronics. Here the target is to measure and understand valley polarization initialization and memory for potential applications. The valence and conduction bands at the K-points are spin split by the spin-orbit interaction, so in optical spectroscopy the valley and spin states are manipulated. Optical transitions are governed by electron-hole pairs, excitons, bound by Coulomb attraction leading to binding energies in the hundreds of meV range.At the beginning of this thesis many of these interesting properties were inaccessible. Details of optical transitions and their polarization properties were masked by the low sample quality. In this thesis we report on the considerable improvement in sample quality. We detail the sample fabrication procedures developed at the LPCNO based on exfoliation and dry stamping. Our samples show spectrally narrow transitions approaching the homogeneous limit. This allows detailed studies of excitonic properties in applied magnetic fields and in charge-tunable structures using photoluminescence and differential reflection spectroscopy. We access important information such as the exciton binding energies and the fine-structure splitting of charged excitons and we outline open questions and future challenges in this research field.Des matériaux atomiquement minces tels que des monocouches de graphite, appelé graphène, peuvent être isolés avec des méthodes expérimentales simples. Depuis 2010, l’étude des monocouches de dichalcogénures de métaux de transition (TMD) tels que le MoS2 et le WSe2 est l'un des champs les plus actifs en matière de recherche dans le domaine de la matière condensée et de la physique des matériaux. Ces nouveaux systèmes sont attractifs pour différentes raisons. Les cristaux de TMD sous forme de matériaux massifs ont été étudiés depuis des décennies et constituent, dans la phase 2H, des semi-conducteurs à bande interdite indirecte. Le gap reste également indirect pour les cristaux plus minces jusqu’à la limite de la bicouche, mais lorsque l’on passe de la bicouche à la monocouche, la bande interdite devient directe et rend les monocouches de TMD intéressantes en vue d’applications en optoélectronique, ainsi que, du point de vue de la recherche fondamentale, dans le domaine de l’interaction lumière-matière.En plus d'être directes, les transitions optiques aux points K de la zone de Brillouin sont régies par des règles de sélection optique chirales. En utilisant une lumière polarisée circulairement droite ou gauche, des transitions optiques dans la vallée K+ ou K-, respectivement, peuvent être adressées. Les vallées K+ et K- sont liées par la symétrie par inversion du temps. Ici, l’objectif est de mesurer et de comprendre l’initialisation de la polarisation des vallées et la durée de vie de cette polarisation en vue de potentielles applications. Les bandes de valence et de conduction aux points K sont scindées en spin par l’interaction spin-orbite. Ainsi, en spectroscopie optique, les états de vallée et de spin peuvent être manipulés, ouvrant des perspectives concernant une électronique alternative basée sur ces états (« valleytronics »). Les transitions optiques sont gouvernées par des paires électron-trou appelées excitons, liées par l’attraction de Coulomb conduisant à des énergies de liaison de l'ordre de plusieurs centaines de meV.Au début de cette thèse, beaucoup de ces propriétés intéressantes étaient inaccessibles. Les détails des transitions optiques et de leurs propriétés de polarisation ont été masqués par la faible qualité optique des échantillons. Un point clé de cette thèse réside dans l'amélioration considérable de la qualité des échantillons. Nous détaillons les procédures de fabrication des échantillons développées au LPCNO qui dérivent de l'exfoliation et de méthodes sèches de stamping ne requérant pas l'utilisation de solvants. Nos échantillons montrent des transitions spectralement étroites approchant la limite homogène. Cela permet des études détaillées des propriétés excitoniques sous champs magnétiques appliqués et dans les structures à charge ajustable, en utilisant la spectroscopie de photoluminescence et de réflexion différentielle. Nous avons ainsi accès à des informations importantes telles que les énergies de liaison des excitons et la structure fine des excitons chargés, et nous soulignons les questions en suspens et les défis futurs dans ce domaine de recherche

Mammalian cell sensitivity to hyperthermia in various cell lines: a new universal and predictive description

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