Study of the skin effect in superconducting materials

The skin effect is analyzed to provide the numerous measurements of the penetration depth of the electromagnetic field in superconducting materials with a theoretical basis. Both the normal and anomalous skin effects are accounted for within a single framework. The emphasis is laid on the conditions required for the penetration depth to be equal to London's length, which enables us to validate an assumption widely used in the interpretation of all current experimental results.Comment: 4 pages, 2 figures. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1507.0333

Quantum conductance of silicon-doped carbon wire nanojunctions

Unknown quantum electronic conductance across nanojunctions made of silicon-doped carbon wires between carbon leads is investigated. This is done by an appropriate generalization of the phase field matching theory for the multi-scattering processes of electronic excitations at the nanojunction and the use of the tight-binding method. Our calculations of the electronic band structures for carbon, silicon, and diatomic silicon carbide are matched with the available corresponding density functional theory results to optimize the required tight-binding parameters. Silicon and carbon atoms are treated on the same footing by characterizing each with their corresponding orbitals. Several types of nanojunctions are analyzed to sample their behavior under different atomic configurations. We calculate for each nanojunction the individual contributions to the quantum conductance for the propagating σ, Π, and σ(∗)electron incidents from the carbon leads. The calculated results show a number of remarkable features, which include the influence of the ordered periodic configurations of silicon-carbon pairs and the suppression of quantum conductance due to minimum substitutional disorder and artificially organized symmetry on these nanojunctions. Our results also demonstrate that the phase field matching theory is an efficient tool to treat the quantum conductance of complex molecular nanojunctions

Simulations numériques de densités de probabilité de macromolécules en solution sous écoulement laminaire

Ce travail porte sur l étude théorique et par simulation numérique de distributions statistiques (PDF) de macromolécules browniennes modélisées sous forme des bâtons rigides en solution diluée sous écoulement hydrodynamique laminaire à 2D. Nous avons résolu d une manière générale pour la première fois, l équation différentielle de Boëder (BED), permettant d obtenir les distributions PDF d orientations de bâtons dans le volume loin d une surface, pour des flux hydrodynamiques et diffusions Browniens arbitraires. Nous avons également développé un modèle avancé de calcul par simulation numérique des PDF d orientations et de positions, en volume, au voisinage d une surface solide dans la couche de déplétion, ainsi que dans un canal étroit. Nos résultats obtenus par simulation numérique en volume concordent parfaitement avec nos solutions analytiques de l équation BED. Le problème du choc entre une macromolécule et une surface solide qui n est pas traité dans la littérature, a été traité dans la thèse à l aide de notions de restitution brownienne et hydrodynamique. Un algorithme incorporant deux coefficients paramétrant ces restitutions nous a permis de calculer les PDF d orientations et de positions de centre de masse des particules. Nous avons montré alors que les PDF de positions dans la couche de déplétion, obéissent au principe d exclusion de ces bâtons par la surface solide, les résultats sont aussi qualitativement en accord avec des résultats expérimentaux antérieurs. Nous estimons que notre modèle de simulation est le meilleur actuellement pour expliquer le déficit des macromolécules dans la couche de déplétion avec un flux croissant. Utilisant la technique expérimentale de rhéomètre optique, nous avons mis en évidence pour des particules polymères non-browniennes de taille microscopique en solution en écoulement, le comportement à la suite d un choc avec une surface solide, qualitativement en accord avec nos hypothèses de restitution.This work is a theoretical and numerical simulation study, of the behaviour of the Probability Distribution Functions (PDF) of Brownian rod like macromolecular particles present in dilute solutions under laminar flow in 2D. We solved initially in a very general manner for the first time, the Boëder differential equation (BDE). This perihits one to calculate these PDF as a function of macromolecular orientations in the bulk solution away from surface boundaries, for arbitrary hydrodynamic flux conditions and particle Brownian rotational diffusion. We also developed a model for numerical simulations to obtain the PDF statistics in the regions of the bulk, the depletion layer near solid surface boundaries, and in narrow canals, as a function of the orientations and centre of mass positions of the rod like particles. Our simulation results in the bulk are in excellent agreement with the analytical solutions of the BDE. The problem of collisions between the rod like macromolecules and solid surface boundaries, previously untreated in the literature, is studied in depth in this thesis with the help of the idea of Brownian and hydrodynamic restitution. An algorithm that we developed, incorporating two such restitution parameters, permits one to calculate the PDF statistics under a wide variety of flux conditions and particle Brownian diffusion. The simulated depletion layer PDF obey the particle exclusion principle imposed by the solid surface, they also agree qualitatively with previous experimental results. Our simulation model is seemingly the best available at present to explain the decrease of the macromolecular PDF in the depletion layer with increasing hydrodynamic flux. Using optical experimental techniques we have been able to show for nonBrownian microscopic rod like particles present in flowing dilute solutions, their behaviour when colliding with solid surface boundaries. This is in qualitative agreement with our simulation model.LE MANS-BU Sciences (721812109) / SudocSudocFranceF

Modélisation théorique et numérique du transport électronique dans les nanostructures

L'objectif de cette thèse dans le domaine de la nanoélectronique est de contribuer à l'analyse des phénomènes de transport électronique quantique dans les nanostructures. Nous développons ainsi spécifiquement la théorie de raccordement des champs de phase (PFMT). Cette approche algébrique décrit les propriétés électroniques du système par les liaisons fortes, mais repose fondamentalement sur la technique de raccordement de phase des états électroniques des électrodes avec ceux sur les nanojonctions moléculaires. En comparant certains de nos résultats avec ceux des méthodes de principes premiers, nous avons montré la justesse et fonctionnalité de notre approche. Une alternative pratique et générale aux nombreuses techniques basées sur la fonction de Green, elle est appliquée dans ce travail de thèse pour modéliser le transport électronique à travers de nanojonctions sous forme de fils mono et diatomiques, constitués d'éléments de Na, Cu, Co, C, Si, Ga et As, mono et multivalents.The aim of this thesis in the nanoelectronics domain is to present a contribution to the analysis of the quantum electronic transport phenomena in nanostructures. For this purpose, we specifically develop the phase field matching theory (PFMT). Within this algebraic approach the electronic properties of the system are described by the tight-binding formalism, whereas the analysis of the transport properties based on the phase matching of the electronic states of the leads to the states of the molecular nanojunctions. By comparing some of our results with those of the first principles methods, we have shown the correctness and fonctionality of our approach. Moreover, our method can be considered as a practical and general alternative to the Green s function-based techniques, and is applied in this work to model the electronic transport across mono and diatomic nanojunctions, consisting of mono and multivalent Na, Cu, Co, C, Si, Ga and As elements.LE MANS-BU Sciences (721812109) / SudocSudocFranceF

Comparative Study of the Meissner and Skin Effects in Superconductors

International audienceThe Meissner effect is studied by using an approach based on Newton and Maxwell's equations. The objective is to assess the relevance of London's equation and shed light on the connection between the Meissner and skin effects. The properties of a superconducting cylinder, cooled in a magnetic field, are accounted for within the same framework. The radial Hall effect is predicted. The energy, associated with the Meissner effect, is calculated and compared with the binding energy of the superconducting phase with respect to the normal one

Modélisation théorique et numérique de la dynamique de particules macromoléculaires en écoulement dans des systèmes méso-poreux

Les objectifs de cette thèse visent le développement d un traitement inédit dans un repère spatiale tridimensionnel, pour le problème de la dynamique de collisions diffusives d objets macromoléculaires en solution en écoulement hydrodynamique à l'intérieur des pores de largeur variable, soumis aux forces hydrodynamiques, du mouvement brownien et des collisions diffusifs aux parois des pores, en utilisant la modélisation théorique et les simulations numériques. L approche par simulation numérique est nécessaire car il est extrêmement complexe d utiliser des outils analytiques à présent pour traiter le problème de ces collisions diffusives aux parois solides. Les algorithmes que nous avons développés et les simulations correspondantes sont suffisamment généraux et avancés pour être directement appliquée à l'étude de la dynamique d'une grande variété de polymère et des particules biologiques dans des solutions diluées sous diverses conditions physiques et hydrodynamiques à l'intérieur des pores. Par ailleurs, les mécanismes conduisant à l'adhésion de nano particules et de particules macromoléculaires sous conditions de non-équilibre, en raison de l'influence contradictoire des collisions mécaniques diffusifs et les forces attractives de Hamaker aux parois solides, sont d'un intérêt majeur. Nous avons donc développé un modèle théorique pour calculer le coefficient de restitution. L'objectif est de quantifier le bilan énergétique pendant le processus de collision diffusive de ces particules aux parois, sous l'influence des forces de répulsion d'une part et les forces attractives de Hamaker. Cela se fait par l'élaboration d'un modèle, basé sur le JKR et les théories d Hertz, pour tenir compte des pertes d'énergie lors des collisions et des gains d'énergie en raison des interactions Hamaker. L adhésion arrive si le bilan énergétique le permet. Notre modèle théorique est développé en proposant une approche particulière basée sur le potentiel Hamaker. Nous démontrons ce bilan par le biais d'une équation caractéristique non linéaire pour le coefficient de restitution, et analysons ses propriétés qui déterminent l'adhésion ou non pour diverses conditions physiques initiales.The purpose of this thesis is to develop a comprehensive model analysis in a three-dimensional spatial frame for the dynamics of molecular particles in dilute colloidal suspensions in solutions flowing inside pores of variable width, subject to hydrodynamic forces, Brownian motion and diffusive collisions at the rough pore boundaries, by using numerical simulations. The approach by simulations is necessary because it is extremely complex to use analytical tools at present to deal with the problem of diffusive collisions of the particles at the solid pore boundaries. The algorithms which we have developed and the corresponding simulations are sufficiently general and refined to be directly applied to the study of the dynamics of a wide variety of polymer and biological particles in dilute solutions under diverse physical and applicable hydrodynamic conditions inside pores. Moreover, the mechanisms leading to the adhesion of particles of nano sizes under what would be non-equilibrium conditions, due to the conflicting influence of the mechanical diffusive collisions and the attractive Hamaker forces at the boundaries, are of major interest. We have hence investigated a theoretical model to calculate the restitution coefficient from basic physical principles. The objective is to quantify the energy balance during the process of a diffusive collision of a nano particle under the influence of the repulsive forces on one hand, and the attractive Hamaker forces acting on the nano particle on the other. This is done by developing a model, based on the JKR and Hertz theories, to account for the energy losses during collisions, and for the energy gains due to the Hamaker interactions. Adhesion becomes an outcome if the energy balance permits this. Our theoretical model is developed by proposing a special analytic approach based on the Hamaker potential. We derive from the theoretical analysis a characteristic nonlinear equation for the restitution coefficient, and analyze its properties which determine under given physical conditions the outcome for adhesion or not.LE MANS-BU Sciences (721812109) / SudocSudocFranceF