Revealing sub-{\mu}m inhomogeneities and {\mu}m-scale texture in H2O ice at Megabar pressures via sound velocity measurements by time-domain Brillouin scattering

Time-domain Brillouin scattering technique, also known as picosecond ultrasonic interferometry, which provides opportunity to monitor propagation of nanometers to sub-micrometers length coherent acoustic pulses in the samples of sub-micrometers to tens of micrometers dimensions, was applied to depth-profiling of polycrystalline aggregate of ice compressed in a diamond anvil cell to Megabar pressures. The technique allowed examination of characteristic dimensions of elastic inhomogeneities and texturing of polycrystalline ice in the direction normal to the diamond anvil surfaces with sub-micrometer spatial resolution via time-resolved measurements of variations in the propagation velocity of the acoustic pulse traveling in the compressed sample. The achieved two-dimensional imaging of the polycrystalline ice aggregate in-depth and in one of the lateral directions indicates the feasibility of three-dimensional imaging and quantitative characterization of acoustical, optical and acousto-optical properties of transparent polycrystalline aggregates in diamond anvil cell with tens of nanometers in-depth resolution and lateral spatial resolution controlled by pump laser pulses focusing.Comment: 32 pages, 5 figure

Design de nanofils luminescents organiques et hybrides à base de clusters de composés de métaux de transition

Le fort engouement pour les nanostructures luminescentes provient de leurs comportements émissifs originaux et de leur potentiel comme briques élémentaires pour de futurs dispositifs photoniques et optoélectroniques. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au contrôle de la couleur d émission de nano-systèmes 1D organiques composés de deux types de luminophores. Dans une première partie, une famille peu connue de luminophores nanométriques a été étudiée: les clusters octaédriques de molybdène. Leur comportement photophysique et l ensemble des fréquences des modes de vibration de l entité Mo6Br14 ont été déterminés. Les spécificités de ces clusters ont été exploitées au sein de nanofils.Un premier type de nanofil coaxial synthétisé par méthode template a été conçu afin de séparer les deux types de luminophores. Les clusters (dans une matrice de PMMA) et le PPV ont été sélectionnés comme émetteurs rouge et vert respectivement, pour avoir une séparation spectrale. Le contrôle de la couleur sans transfert de charge ou d énergie entre les deux luminophores a été validé par l étude du comportement de photoluminescence stationnaire et résolue en temps, en accord avec un modèle phénoménologique. A l opposé, des nanofils exploitant deux polymères conjugués fluorescents (PFO bleu, F8T2 vert) comme système donneur-accepteur ont été élaborés. Leur mélange ou leur séparation en géométrie cœur-gaine a permis d explorer une nouvelle voie pour moduler les comportements excitoniques. Ces résultats montrent la versatilité des nanofils à base de polymère pour contrôler à l échelle nanométrique les comportements d émission de systèmes multi-luminophores.Luminescent organic nanostructures are of great importance as building blocks in future miniaturized photonic and optoelectronic devices because these systems rely upon the ability to tune and get new optical characteristics. One-dimensional luminescent nanostructures are new and promising systems with complex morphologies now available. In this work, we particularly investigated the control and the tuning of the emitted color of two-luminophore based nanowires. In a first part, an unfamiliar family of luminophore has been investigated: the octahedral molybdenum clusters. The vibrational modes frequencies of Mo6Br14 cluster were fully determined, as well as their photophysical properties. The unique features of these clusters were exploited into nanowires.Then, using a template method, we designed coaxial nanowires allowing the spatial separation of the two luminophores. The transition metal clusters in a PMMA matrix and PPV were selected as red and green emitters, respectively, to achieve the spectral separation. Remarkably, it was found from time-resolved photoluminescence study and confirmed by a phenomenological model that any charge or energy transfer is involved in this system.Alternatively, coaxial and blend designs were used to investigate and possibly tune energy/charge transfers involved in the donor-acceptor behavior of two conjugated polymers: PFO (blue emitter) and F8T2 (green emitter). These results demonstrate the great versatility of polymer-based nanowires to finely control at the nanoscale the emission features of multi-luminophore materials.LE MANS-BU Sciences (721812109) / SudocSudocFranceF

Nouveaux molybdo-sulfates et molybdo-phosphates de type LAMOX (études structurales et vibrationnelles en relation avec la conduction anionique)

Le travail s inscrit dans le cadre général de l étude de la famille LAMOX, dont le prototype est La2Mo2O9, de structure monoclinique à température ambiante (phase ?), et qui présentent au dessus de 580C une phase cubique (?) ayant une conduction anionique supérieure à la meilleure zircone stabilisée actuellement utilisé comme électrolyte de pile SOFC (Solid Oxid Fuel Cell), et ce à températures plus basses. L'analogie structurale de la forme ?-La2Mo2O9 avec le composé ?-SnWO4 a permis de proposer une explication à l origine structurale de la conduction dans le molybdate de lanthane. Le remplacement de l étain divalent par le lanthane trivalent impliqueun apport d oxygène et la création de lacunes, qui viennent se substituer à la place de la paire libre E (5s2) de l étain (Sn2W2O8E2 ? La2Mo2O8+1?). La migration de cet oxygène supplémentaire par la lacune créée engendre l apparition d une conduction anionique.Le travail de thèse comporte deux volets :- recherche de nouvelles compositions pouvant présenter la phase conductrice ? à plus basses températures par substitution du molybdène par du soufre et du phosphore, systèmes n ayant pas jusqu alors fait l objet d investigations avancées ;- étude des propriétés vibrationnelles et dynamiques de ce type structural afin de comprendre le mécanisme de conduction anionique, et notamment l existence des changements de régimes de conduction observés en fonction de la température.Des phases pures La2Mo2-ySyO9 et La2Mo2-yPyO9-y/2 ont pu être élaborées jusqu à des teneurs en soufre de 30% (y=0.6) et de phosphore de 2.5% (y=0.05). La forme ? recherchée est stabilisée à la température ambiante pour des taux de soufre supérieurs à 5% et de phosphore supérieurs à 1,5%. Des analyses thermogravimétriques ont révélé que la substitution du molybdène par le soufre diminuait fortement la stabilité thermique des phases rendant ainsi leurs caractérisations par diffraction des rayons X et spectroscopie d impédance délicates. Pour la série La2Mo2-yPyO9-y/2, une ségrégation partielle du phosphore a été mise en évidence par spectroscopie RMN. Les mesures électriques réalisées sur les deux séries d échantillons ont montré une conductivité significative, mais néanmoins moindre que celle observée à haute température pour le composé parent La2Mo2O9.Le second volet visant à comprendre le mécanisme de conduction repose sur l étude des propriétés vibrationnelles. Il s est appuyé sur des études expérimentales par spectrométrie Raman en liaison avec des calculs ab-initio des spectres de phonons. Malgré des raies Raman très larges en raison du désordre structural, il a été possible de mettre en lumière des signatures caractéristiques des différentes phases en lien avec le réarrangement structural. L interprétation des spectres a été effectuée en s appuyant sur la parenté structurale avec le composé modèle ordonné ?-SnWO4. Ce système a permis de démontrer un haut degré de fiabilité des calculs ab-initio sur la base de comparaisons à des études expérimentales par Raman polarisé. Ces calculs transposés au cas du sous-réseau ordonné de LaMoO4 ont amenés à une attribution des signaux Raman. Ceci a permis d une part de démontrer que des structures observées sur des bandes vibrationnelles Raman devaient être attribuées à l existence de différents environnements atomiques, et d autre part l existence de singularités dans les spectres de phonons, lesquelles soutiennent le modèle préalablement proposé de conduction anionique assistée par phonons.A new ionic conductor of the solid solutions La2Mo2-yPyO9-y/2 (y ? 0.05) and La2Mo2-ySyO9 (y ? 0.6) has been prepared with conventional solid-state reaction method. The resultant oxide powders were characterized by X-ray diffraction. These two series of lanthanum molybdates, which belong to the LAMOX family of fast oxide-ion conductors, exhibits a different structural behavior depending on the substituting element. The effect of substituting P for Mo reveals that the phase transition which occurs in La2Mo2O9 around 560C disappears when y > 0.02. Substituting P in some degree (y > 0.02) for Mo6+ can suppress the phase transition and stabilizing the cubic phase of ?- La2Mo2O9. The sulfur series (up to around 30 %) suppress the phase transition which occurs in La2Mo2O9 around 580C from a low temperature ? form to a high temperature ?, and stabilize the ? form at room temperature.Thermogravimetric analysis showed that the substitution of molybdenum by sulfur greatly decreased the thermal stability of phases making their characterization by X-ray diffraction and impedance spectroscopy difficult. For the series La2Mo2-yPyO9-y/2, a partial segregation of phosphorus was demonstrated by NMR spectroscopy. Electrical measurements performed on the two sets of samples showed significant conductivity, but still less than that observed at high temperature for the parent compound La2Mo2O9.The infrared and Raman spectra of the low- and high-temperature phases of LAMOX were performed at ambient temperature. All theoretically predicted vibrations have been observed, and assignments have been given for the internal vibrations of the MoO42-, SO42- and PO43- ions as for the external vibrations. It is interesting to study the vibrational spectra of these two phases (? and ?) in order to obtain more conclusive data regarding the internal vibrations of the XO4 (X= Mo, P, S).LE MANS-BU Sciences (721812109) / SudocSudocFranceF

Universal scaling in sports ranking

Ranking is a ubiquitous phenomenon in the human society. By clicking the web pages of Forbes, you may find all kinds of rankings, such as world's most powerful people, world's richest people, top-paid tennis stars, and so on and so forth. Herewith, we study a specific kind, sports ranking systems in which players' scores and prize money are calculated based on their performances in attending various tournaments. A typical example is tennis. It is found that the distributions of both scores and prize money follow universal power laws, with exponents nearly identical for most sports fields. In order to understand the origin of this universal scaling we focus on the tennis ranking systems. By checking the data we find that, for any pair of players, the probability that the higher-ranked player will top the lower-ranked opponent is proportional to the rank difference between the pair. Such a dependence can be well fitted to a sigmoidal function. By using this feature, we propose a simple toy model which can simulate the competition of players in different tournaments. The simulations yield results consistent with the empirical findings. Extensive studies indicate the model is robust with respect to the modifications of the minor parts.Comment: 8 pages, 7 figure

Opportunities for polymer-based nanowires in optoelectronics and nanophotonics

International audienceSee document joine

Contribution a l'etude des transitions de phase structurales dans les composes mixtes K_1_-_xRb_xAlF_4 par ultrasonometrie et par diffusion Raman

SIGLEAvailable from INIST (FR), Document Supply Service, under shelf-number : TD 79316 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc

Contribution à la mise au point de méthodes de contrôle et de caractérisation de guides d'ondes composites silicium poreux et silice poreuse / molécules organiques à propriétés optiques non linéaires

Nos travaux s inscrivent dans le cadre du programme de recherche interrégional Bretagne-Pays de la Loire intitulé : Matériaux composites silicium poreux-polymères présentant des propriétés d'optique non linéaire en vue d'applications en télécommunications et capteurs . L objectif de ce programme est l élaboration et la caractérisation d un matériau composite silicium poreux-polymère doté de propriétés optiques non-linéaires. L élaboration des échantillon de silicium poreux a été effectué au Laboratoire d optronique de Lannion. Les travaux de thèse ont porté sur la caractérisation optique d échantillons de silicium poreux et de silice poreuse non remplis ainsi que de matériaux composites obtenus en introduisant différents polymères et molécules dans les pores. Les expériences ont été réalisées au sein de deux laboratoires, le Laboratoire de Physique de L Etat condensé de l Université du Maine (LPEC) et le Laboratoire des Propriétés Optiques des Matériaux et Applications d Angers (POMA). Au LPEC, nos études avaient pour but le développement de techniques permettant l étude du remplissage, la détermination des épaisseurs et les propriétés optiques linéaires des échantillons. Ainsi, l une des techniques basée sur l utilisation d un spectromètre Raman couplé avec un dispositif de translation motorisé, nous a permis d étudier l homogénéité du remplissage de monocouches ainsi que de bicouches remplies avec différents polymères et molécules tel que le DR1, et le PPV. Le remplissage avec le DR1 a été effectué à Lannion alors que le remplissage avec le PPV a été réalisé à l institut des matériaux de Nantes. D autre part nous avons mis au point une technique interférométrique qui nous a permis de déterminer les l indices de réfraction, les coefficients d extinction et les épaisseurs des échantillons précédents avec une grande précision. Pour ce faire, nous avons développé un programme d analyse qui permet d effectuer des régressions sur les données expérimentales. Parallèlement, nous avons étudié les propriétés d optique non-linéaire des échantillons précédents en utilisant la technique de I-Scan mise au point au POMA d Angers. Cette technique Nous a permis de montrer que les indices non-linéaires des échantillons analysés étaient 103 fois plus grands que celui du silicium massif.LE MANS-BU Sciences (721812109) / SudocSudocFranceF

Optical temperature sensing using green emissions of Er 3+ doped fluoro-tellurite glass

International audienc

Sur la propriété classement et dynamique sous-jacente des systèmes complexes

Des procédures de classement sont largement utilisées pour décrire les phénomènes observés dans de nombreux domaines des sciences sociales et naturelles, par exemple la sociologie, l économie, la linguistique, la démographie, la physique, la biologie, etc.Dans cette thèse, nous nous sommes attachés à l étude des propriétés de classement et des dynamiques sous-jacentes intégrées dans les systèmes complexes. En particulier,nous nous sommes concentrés sur les classements par score ou par prix dans les systèmes sportifs et les classements d utilisation des mots ou caractères dans les langues humaines. Le but est de comprendre les mécanismes sous-jacents à ces questions en utilisant les méthodes de la physique statistique, de la statistique bayésienne et de la modélisation multi-agents. Les résultats concrets concernent les aspects suivants.Nous avons tout d abord traité une étude sur les classements par score/prix dans les systèmes sportifs et analysé 40 échantillons de données dans 12 disciplines sportives différentes. Nous avons trouvé des similitudes frappantes dans différents sports, à savoir le fait que la répartition des résultats/prix suit les lois puissance universelles.Nous avons également montré que le principe de Pareto est largement respecté dans de nombreux systèmes sociaux: ainsi 20% des joueurs accumulent 80% des scores et de l argent. Les données concernant les matchs de tennis en individuels nous ont révélé que lorsque deux joueurs s affrontent, la probabilité que le joueur de rang supérieur gagne est liée à la différence de rang des deux adversaires. Afin de comprendre les origines de la mise à l échelle universelle, nous avons proposé un modèle multi-agents,qui peut simuler les matchs de joueurs à travers différentes compétitions. Les résultats de nos simulations sont cohérents avec les résultats empiriques. L extension du domaine d étude de la simulation indique que le modèle est assez robuste par rapport aux modifications de certains paramètres. La loi de Zipf est le comportement le plus régulièrement observé dans la linguistique statistique. Elle a dès lors servi de prototype pour les relations entre rang d apparitions et fréquence d apparitions (relations rang-fréquence dans la suite du texte) et les lois d échelle dans les sciences naturelles. Nous avons étudié plusieurs textes, précisé le domaine de validité de la loi de Zipf, et trouvé que la plage de validité augmente lors du mélange de différents textes. Basé sur l analyse sémantique latente, nous avons proposé un modèle probabiliste, dans lequel nous avons supposé que les mots sont ajoutés au texte avec des probabilités aléatoires, tandis que leur densité a priori est liée, via la statistique bayésienne, aux caractéristiques générales du lexique mental de l auteur de ce même texte. Notre modèle explique la loi de Zipf ainsi que ses limites de validité, et la généralise aux hautes et basses fréquences et au hapax legomena.Dans une autre étude, nous avons précisé les relations rang-fréquence pour les caractères chinois. Nous avons choisi d étudier des textes courts en premier, car pour le bien de l analyse rang fréquence, les longs textes ne sont que des mélanges de textes plus courts, thématiquement homogènes. Nos résultats ont montré que la loi de Zipf appliqués aux caractères chinois tient parfaitement pour des textes assez courts (quelques milliers de caractères différents). Le même domaine de validité est observé pour les textes courts anglais. Nous avons soutenu que les longs textes chinois montrent une structure hiérarchique à deux couches: des caractères dont la fréquence d apparition suit une loi puissance (première couche) et des caractères dont l apparition suit une loi exponentielle (deuxième couche)...Ranking procedures are widely used to describe the phenomena in many differentfields of social and natural sciences, e.g., sociology, economics, linguistics, demography,physics, biology, etc. In this dissertation, we dedicated to study the ranking propertiesand underlying dynamics embedded in complex systems. In particular, we focused onthe scores/prizes ranking in sports systems and the words/characters usage ranking inhuman languages. The aim is to understand the mechanisms behind these issues byusing the methods of statistical physics, Bayesian statistics and agent-based modeling.The concrete results concern the following aspects.We took up an interesting topic on the scores/prizes ranking in sports systems, andanalyzed 40 data samples in 12 different sports fields. We found the striking similaritiesin different sports, i.e., the distributions of scores/prizes follow the universal powerlaws. We also showed that the data yielded the Pareto principle extensively observedin many social systems: 20% of the players accumulate 80% of the scores and money.For the tennis head-to-head data, we revealed that when two players compete, theprobability that the higher-ranked player will win is related to the rank difference ofthe two opponents. In order to understand the origins of the universal scaling, weproposed an agent-based model, which can simulate the competitions of players indifferent matches, and results from our simulations are consistent with the empiricalfindings. Extensive simulation studies indicate that the model is quite robust withrespect to the modifications of some parameters.Zipf s law is the major regularity of statistical linguistics that served as a prototypefor the rank-frequency relations and scaling laws in natural sciences. We investigatedseveral English texts, clarified the valid range of Zipf s law, and found this valid rangeincreases upon mixing different texts. Based on the latent semantic analysis, we proposeda probabilistic model, in which we assumed that the words are drawn into thetext with random probabilities, while their apriori density relates, via Bayesian statistics,to the general features of mental lexicon of the author who produced the text. Ourmodel explained the Zipf s law together with the limits of its validity, its generalizationto high and low frequencies and hapax legomena. In another work, we specified the rank-frequency relations for Chinese characters. We chose to study the short texts first, since for the sake of the rank-frequency analysis,long texts are just mixtures of shorter, thematically homogenous pieces. Our resultsshowed that the Zipf s law for Chinese characters perfectly holds for sufficiently shorttexts (few thousand different characters), and the scenario of its validity is similar tothat for short English texts. We argued long Chinese texts display a two-layer, hierarchicstructure: power-law rank-frequency characters (first layer) and the exponentialones (second layer). The previous results on the invalidity of the Zipf s law for longtexts are accounted for by showing that in between of the Zipfian range and the regionof very rare characters (hapax legomena) there emerges a range of ranks, wherethe rank-frequency relation is approximately exponential. From comparative analysisof rank-frequency relations for Chinese and English, we suggested the characters playfor Chinese writers the same role as the words for those writing within alphabeticalsystems.LE MANS-BU Sciences (721812109) / SudocSudocFranceF

Partial substitution of Mo6+ by S6+ in the fast oxide ion conductor La2Mo2O9: Synthesis, structure and sulfur depletion

International audiencePowder-solid state reaction route using La2(SO4)3 as sulfur source was used to prepare compositions of the solid solution La2Mo2-ySyO9. Single phases were only obtained in the substitution range extending up to y=0.8 (40 mol% S) at the annealing temperature of 850 degrees C with regard to the limit of stability of the lanthanum sulphate reactant. Within the synthesis conditions, a stabilization of the high temperature beta-form is observed from and above y=0.1 (5 mol% S). Temperature-controlled X-ray diffraction and thermogravimetric analyses have shown that La2Mo2-ySyO9 raw powders undergo thermal decompositions in two steps. Heating above 900 degrees C, a sulfur depletion to the benefit of molybdenum in La2Mo2-ySyO9 raw powders leads to the formation of La2SO6. At higher temperature, the exsolved La2SO6 phase then decomposes into La2O3, which in turn reacts with the sulfur-depleted La2Mo2O9 phase to form La2MoO6. The present study also reveals that depending on the substitution rate y, the sulfur depletion can be induced by ball-milling of raw powders. Along the La2Mo2-ySyO9 series, the isovalent substitution of molybdenum by sulfur tends to restrict in magnitude, or even to suppress above 400 degrees C, the distortive thermal expansion of the cubic beta-type structure, thus strongly decreasing the conductance at high temperature