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Comptes Rendus Physique
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  • Foreword
    • Abstract: Publication date: November–December 2019Source: Comptes Rendus Physique, Volume 20, Issues 7–8Author(s): Marie-Anne Bouchiat, Jacques Villain
       
  • Dossier Sommaire
    • Abstract: Publication date: November–December 2019Source: Comptes Rendus Physique, Volume 20, Issues 7–8Author(s):
       
  • Dossier Sommaire
    • Abstract: Publication date: September–October 2019Source: Comptes Rendus Physique, Volume 20, Issue 6Author(s):
       
  • Foreword
    • Abstract: Publication date: September–October 2019Source: Comptes Rendus Physique, Volume 20, Issue 6Author(s): Jacques Villain
       
  • Improving the edge quality of single-crystal diamond growth by a substrate
           holder – An analysis
    • Abstract: Publication date: Available online 3 October 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Bo Yang, Qiao Shen, Zhiyin Gan, Sheng LiuAbstractDuring the growth of a single-crystal diamond by MPCVD, polycrystalline diamonds are prone to grow in the edge regions. This substantially reduces the usable area of the grown diamond film. In addition, the inhomogeneous distribution of internal stress causes diamond to crack during continuous growth. In recent years, a series of experimental studies have been carried out to solve these problems and some achievements have been obtained. However, in order to understand fundamentally the growth mechanism of diamond, the relationship between growth quality and various influencing factors still needs to be quantitatively studied through integrated simulations and experiments. Electron number density and substrate temperature are important factors affecting diamond crystallization quality. In this paper, the growth conditions of the diamond were simulated and analyzed. Simulation results were compared with the experimental results. This evidences that the surface temperature distribution is relatively homogeneous, and that the significant electron number density gradient in the axial direction is the main reason for the formation of polycrystals in the edge regions. Therefore, substrate holders with different cavity depths were designed and the substrates grew in the same temperature range. The surface morphologies, crystalline qualities, and internal stress distributions of the grown diamonds were measured, and it was found that the quality of growth increased first and then decreased with the depth of the cavity, while the growth rate decreased with increasing the latter. These results are in good agreement with the simulation results. Finally, suggestions on the selection of the substrate holder for film growth with different thicknesses are proposed.RésuméLors de la croissance d'un monocristal de diamant par MPCVD, des diamants polycristallins ont tendance à pousser sur les bords. Ceci réduit considérablement la surface utilisable du film de diamant obtenu. De plus, la distribution non homogène des contraintes internes provoque la fissuration du diamant au cours de sa croissance. Ces dernières années, plusieurs études expérimentales ont été menées pour résoudre ces problèmes, et des résultats ont été obtenus. Cependant, pour comprendre fondamentalement le mécanisme de croissance du diamant, la relation entre la qualité de la croissance et divers facteurs l'influençant doit encore être étudiée quantitativement au moyen de simulations et d'expériences intégrées. La densité du nombre d'électrons et la température du substrat sont des facteurs importants affectant la qualité de la cristallisation du diamant. Dans cet article, les conditions de croissance du diamant ont été simulées et analysées. Les résultats de la simulation ont été comparés aux résultats expérimentaux. Ceci montre que la distribution de la température de surface est relativement homogène et que le gradient significatif de densité numérique d'électrons dans la direction axiale est la raison principale de la formation de polycristaux sur les bords. Par conséquent, des supports de substrat avec des profondeurs de cavité différentes ont été conçus, et les substrats se sont développés dans la même plage de température. Les morphologies de surface, les qualités cristallines et la distribution des contraintes internes des diamants cultivés ont été mesurées, et on a constaté que la qualité de la croissance augmentait d'abord, puis diminuait avec la profondeur de la cavité, tandis que le taux de croissance diminuait avec l'augmentation de cette dernière. Ces résultats concordent bien avec les résultats de la simulation. Enfin, des suggestions quant au choix du support de substrat pour la croissance de films de différentes épaisseurs sont proposées.
       
  • From space-time chaos to stochastic thermodynamics
    • Abstract: Publication date: Available online 19 September 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Sergio CilibertoAbstractWe summarize the results of several experiments that show the evolution of some scientific interests and goals of the statistical and nonlinear physics community in the last 40 years. Specifically, we present how the ideas of extending concepts of equilibrium statistical physics to out-of-equilibrium physics have been developed to characterize various phenomena such as, for example, transition to space-time chaos and glass aging. We then discuss the applications of this out-of-equilibrium thermodynamics to microsystems driven out of equilibrium either by external forces or by temperature gradients. We show that in these systems thermal fluctuations play a role and that all thermodynamics quantities, such as work, heat, and entropy fluctuate. We recall general concepts such as fluctuation theorems and fluctuation dissipation relations used to characterize the statistical properties of these small systems. We describe experiments where all these concepts have been applied and tested with high accuracy. Finally, we show how these theoretical concepts and the experiments allowed us to improve our knowledge on the connection between information and thermodynamics.RésuméNous résumons plusieurs expériences qui montrent l'évolution de certains intérêts et objectifs scientifiques de la physique statistique au cours des quarante dernières années. En particulier, nous présentons de quelle façon les idées sur les fluctuations d'énergie dans les systèmes hors équilibre se sont développées aux niveaux théorique et expérimental, en partant des études sur le chaos spatio-temporel. Ces idées ont été appliquées aux systèmes microscopiques dans lesquels le rôle des fluctuations thermiques ne peut pas être négligé. Dans ce contexte, nous décrivons quelques expériences dans lesquelles les propriétés statistiques des fluctuations du travail, de la chaleur et de l'entropie ont été mesurées. Enfin, nous montrons comment ces mesures nous ont permis de mieux comprendre le lien entre information et thermodynamique.
       
  • Les débuts du laboratoire Pierre-Aigrain
    • Abstract: Publication date: Available online 20 August 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Julien Bok, Albert ZylbersztejnRésuméNous décrivons la naissance et les débuts du groupe de physique des solides de l'École normale supérieure (ENS). Le directeur du laboratoire de physique de l'ENS, Yves Rocard, avait compris l'importance des semiconducteurs pour l'avenir de l'électronique et recruté un jeune Français, Pierre Aigrain, qui venait d'obtenir un PhD en electrical engineering au Carnegie Tech. Les premiers domaines explorés se sont révélés très importants pour les futures applications : propriétés optiques, phénomènes de transport, nouveaux composés semiconducteurs. Plus tard, de nouveaux domaines ont été développés, comme les supraconducteurs, la spectroscopie par effet tunnel, la turbulence et le chaos en hydrodynamique, les propriétés de 4He liquide superfluide et solide. Le laboratoire a toujours entretenu des relations étroites avec l'industrie, et de nombreux chercheurs du labo ont contribué au développement de la recherche en physique du solide dans des entreprises privées et des centres de recherches publics, et en particulier à la création du premier fabricant européen de circuits intégrés en silicium.AbstractWe describe the birth and growth of the Solid State laboratory at “École normale supérieure”, Paris. The director of the Physics Department, Yves Rocard, understood the importance of semiconductors for the future of electronics and recruited a young Frenchman, Pierre Aigrain, who had just received a PhD from Carnegie Tech. The first domains explored proved to be very important for future applications: optical properties, transport properties, new semiconductor compounds. Later new fields were developed such as superconductors, tunnel effect spectroscopy, turbulence and chaos in hydrodynamics, properties of superfluid and solid 4He. The laboratory had strong relationships with industry and many members of the lab contributed to the development of solid-state physics and technologies in private companies and government research centers, and also to the creation of a European manufacturer of silicon integrated circuits.
       
  • Louis Néel: His multifaceted seminal work in magnetism
    • Abstract: Publication date: Available online 14 August 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Bernard BarbaraAbstractLouis Néel was a world-renowned scientist who devoted the research part of his multi-faceted career to magnetism. Covering roughly the period 1930–1970, his work is explained for a non-specialized audience, with particular attention given to work published in the Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences.RésuméLouis Néel fut un savant de réputation mondiale. De ses activités multiples, celle consacrée à la recherche concerne principalement le magnétisme. Elle s'étend de 1930 à 1970. Nous exposons ses travaux à l'intention des non-spécialistes, en insistant sur ceux publiés dans les Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences.
       
  • Des premiers lasers à gaz carbonique aux interféromètres atomiques et
           moléculaires
    • Abstract: Publication date: Available online 6 August 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Christian J. BordéRésuméL'objectif de cette publication est de faire émerger le fil conducteur qui m'a guidé sur un chemin parfois chaotique depuis la spectroscopie jusqu'à l'interférométrie atomique. La recherche d'un pouvoir de résolution toujours croissant a entraîné les spectroscopistes à prendre en compte le mouvement externe des atomes et des molécules. L'élargissement Doppler habituel puis l'effet Doppler relativiste pouvaient s'accommoder d'un traitement classique de ce mouvement externe. Mais l'effet de recul s'est imposé pour faire respecter la conservation de la quantité de mouvement entre atomes et lumière. Dès lors, il était devenu impératif de traiter simultanément et de façon quantique les degrés de liberté internes et les degrés de liberté externes des atomes et molécules. Les processus impliqués dans les différentes méthodes de spectroscopie sont alors apparus comme des phénomènes d'interférence quantique entre différents chemins d'espace-temps corrélés avec les changements d'état interne des objets. Ces interférences sont bien représentées par des diagrammes de matrice densité. La notion d'interféromètre atomique est alors rendue manifeste dans ces diagrammes. La méthode des champs séparés de Ramsey peut être interprétée comme un processus interférométrique dans l'espace interne aux atomes qui peut être étendue au domaine optique grâce à une interférence dans l'espace externe qui annule l'effet Doppler du premier ordre. Les nouveaux interféromètres sont des senseurs inertiels en même temps que des horloges, une phase externe s'ajoutant à la phase interne. Une description unifiée se fait naturellement dans un espace à cinq dimensions qui combine ces deux aspects en ajoutant la dimension interne liée au temps propre à l'espace-temps externe. Elle offre une classification naturelle des interféromètres à partir du tenseur métrique et de ses dérivées. À titre d'exemple, on introduit ainsi le concept d'interféromètre chiral pour rechercher une propriété chirale de l'espace-temps, telle que sa torsion.AbstractThe objective of this publication is to bring out the common thread that has guided me on a sometimes chaotic path from spectroscopy to atomic interferometry. The search for an ever-increasing resolving power has led spectroscopists to take into account the external motion of atoms and molecules. The usual Doppler broadening and then the relativistic Doppler effect could be accommodated with a classical treatment of this external motion. But the recoil effect has required to introduce explicitly momentum conservation between light and atoms. This has imposed to treat simultaneously internal and external degrees of freedom in a quantum way. The processes involved in the different spectroscopy methods then appeared as quantum interference phenomena between different space-time paths correlated with changes in the internal state of objects. These interferences are well represented by density matrix diagrams. The notion of atomic interferometer is made evident in these diagrams. The Ramsey separate field method can be interpreted as an interferometric process in the internal space of atoms and can be extended to the optical domain through an interference in the external space that cancels out the first-order Doppler effect. The new interferometers are inertial sensors together with clocks, with an external phase added to the internal phase. A unified description is naturally made in a five-dimensional space that combines these two aspects by adding the internal dimension represented by proper time to the external space-time. It offers a natural classification of interferometers from the metric tensor and its derivatives. As an example, we introduce the concept of a chiral interferometer to detect any chirality of space-time such as torsion.
       
  • Magnetic structures
    • Abstract: Publication date: Available online 26 July 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Juan Rodríguez-Carvajal, Jacques VillainAbstractWhile ferromagnetism has been known since many centuries, more complex magnetic structures have only been identified in the twentieth century: ferrimagnetism, antiferromagnetism, helimagnetism, modulated structures… Incommensurable or long-period structures have first been deduced as consequences of phenomenological models, e.g., the Heisenberg Hamiltonian. The more fundamental explanation of Rudermann, Kittel, Kasuya, and Yoshida relies on the general phenomenon of Friedel oscillations. The coexistence of crystallographic order and magnetic order is sometimes antagonistic and results in sequences of transitions that may be continuous or not. The most effective experimental technique to observe magnetic order is neutron diffraction, but the analysis is sometimes very complicated and requires sophisticated numerical methods involving group theory. In the case of incommensurable structures, it may be useful to consider the three-dimensional system as the section of a higher-dimensional crystal. The determination of magnetic structures from neutron scattering data is facilitated by computers and adequate programs.RésuméAlors que le ferromagnétisme est connu depuis des siècles, ce n'est qu'au vingtième siècle qu'on identifia des structures magnétiques plus complexes, comme le ferrimagnétisme, l'antiferromagnétisme, l'hélimagnétisme ou les structures magnétiques modulées. La possibilité de structures incommensurables ou à longue période fut d'abord déduite de modèles phénoménologiques tels que le modèle de Heisenberg. L'explication, plus fondamentale, de Rudermann, Kittel, Kasuya et Yoshida repose sur le phénomène général que sont les oscillations de Friedel. L'ordre cristallographique et l'ordre magnétique sont souvent antagonistes, et de leur coexistence résulte souvent une suite de transitions qui peuvent être continues ou non. La technique expérimentale la plus efficace pour l'étude de l'ordre magnétique est la diffraction de neutrons, mais l'analyse est souvent très compliquée et requiert des méthodes numériques élaborées impliquant la théorie des groupes. Dans le cas des structures incommensurables, il peut être intéressant de considérer le système physique tridimensionnel comme la section d'un cristal de dimension plus élevée. La détermination des structures magnétiques à partir des spectres neutroniques est facilitée par des programmes informatiques appropriés.
       
  • Spintronics, from giant magnetoresistance to magnetic skyrmions and
           topological insulators
    • Abstract: Publication date: Available online 18 July 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Albert Fert, Frédéric Nguyen Van DauAbstractThis article aims at giving a general presentation of spintronics, an important field of research developing today along many new directions in physics of condensed matter. We tried to present simply the physical phenomena involved in spintronics – no equations but many schematics. We also described the applications of spintronics, those of today and those expected to have an important impact on the next developments of the information and communication technologies.RésuméCet article se veut une présentation générale de la spintronique. C'est aujourd'hui un important domaine de recherche, qui se développe sur de nombreux nouveaux axes de la physique de la matière condensée. Nous avons voulu présenter simplement les phénomènes physiques impliqués dans la spintronique – sans équations, mais avec de nombreux schémas. Nous décrivons aussi les applications de la spintronique, celles d'aujourd'hui et celles dont l'on attend un impact important sur les prochains développements des technologies de l'information et de la communication.
       
  • André Lagarrigue: From cosmic rays to the discovery of the weak
           neutral currents
    • Abstract: Publication date: Available online 3 July 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Michel DavierAbstractAndré Lagarrigue's scientific career is intimately related to the development of elementary particle physics, from pioneering studies with cosmic rays to the discovery of weak neutral currents. His experience in building detectors, culminating with the construction of large heavy liquid bubble chambers, his vision of the best experimental paths, and his enthusiastic leadership have strongly contributed to the progress of the field. The discovery of weak neutral currents with the giant Gargamelle bubble chamber was the first major step in establishing the Standard Model of the fundamental interactions based on gauge theories.RésuméLa carrière scientifique d'André Lagarrigue se situe à une période charnière, qui voit la naissance de la physique des particules élémentaires et le chemin expérimental et théorique menant au modèle standard des interactions fondamentales. Par son expérience de constructeur d'appareillage, qui culmine avec les grandes chambres à bulles à liquide lourd, sa vision de la physique et son autorité naturelle, Lagarrigue a contribué grandement à ces développements. Sa contribution majeure est la découverte des courants neutres faibles avec la chambre géante Gargamelle, qui a apporté une vérification cruciale de l'interaction électrofaible dans le modèle standard basé sur des théories de jauge.
       
  • Dynamic nuclear polarization
    • Abstract: Publication date: Available online 20 June 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Maurice GoldmanAbstractDynamic nuclear polarization, or DNP, refers to the increase of the polarization of nuclear spins in condensed matter, liquid or solid, coupled with electronic spins at low relative concentration, by inducing radio or microwave transitions at frequencies close to the electronic resonance frequency in the external magnetic field. Another described method relies on indirect optical pumping methods at temperatures close to room temperature for the nuclear polarization of rare gases. The various mechanisms of DNP are described in physical terms. This is followed by a succinct description of its main applications in various domains of physics, in chemistry and in medicine.RésuméLa polarisation nucléaire dynamique (en anglais DNP) se réfère à l'augmentation de la polarisation de spins nucléaires dans la matière condensée, liquide ou solide, couplés à des spins électroniques à faible concentration relative, en induisant des transitions radio ou micro-ondes de fréquence proche d'une fréquence de résonance électronique dans un champ magnétique extérieur. Une autre méthode décrite consiste en l'utilisation indirecte du pompage optique à température proche de la température ordinaire pour la polarisation nucléaire de gaz rares. Les divers mécanismes de polarisation sont décrits en termes physiques. Ceci est suivi d'une description succincte des principales applications de la DNP dans différents domaines de la physique, de la chimie et de la médecine.
       
  • Discovery of quasicrystals: The early days
    • Abstract: Publication date: Available online 23 May 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Denis Gratias, Marianne QuiquandonAbstractThis paper is a survey of the initial developments of the research on quasicrystals starting from their discovery by Daniel Shechtman (Nobel Prize in Chemistry in 2011) in 1982 at the National Bureau of Standards (now National Institute for Standard and Technology) in Gaithersburg (Maryland, USA) up to the beginning of the early 1990s, a time when the crystallographic methods were well developed and mastered enough to decipher the ultimate atomic structures of quasicrystals. These early works have enlarged our understanding of spatial order in solids through a strong multidisciplinary effort between mathematicians, physicists, chemists and material scientists.RésuméCet article relate le développement initial des recherches sur les quasicristaux depuis leur découverte par Daniel Shechtman (prix Nobel de chimie en 2011) en 1982 au National Bureau of Standards (aujourd'hui National Institute for Standards and Technology) à Gaithersburg (Maryland, États-Unis) jusqu'au début des années 1990, période durant laquelle se sont développées les méthodes cristallographiques adaptées à l'analyse de ces structures atomiques quasicristallines. Ces premiers travaux ont permis d'élargir notre compréhension de l'ordre dans les solides grâce à une forte pluridisciplinarité alliant mathématiciens, physiciens et spécialistes de la science des matériaux.
       
  • The birth of the research on the magnetic confinement for nuclear fusion
    • Abstract: Publication date: Available online 21 May 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Guy LavalAbstractAt their very beginning, the researches on the magnetic confinement fusion had to face up plasma instabilities. Macroscopic plasma instabilities were the first ones to be identified and they were found to be very harmful for plasma confinement. During the first years after the Atoms for Peace Meeting in 1958, the main goals of experimental and theoretical researches dealt with their suppression or control. During this period, two special types of instabilities, the localized interchange modes and the tearing modes, were discovered. French physicists and the Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences have been steadily involved into this field. It generated a huge amount of works and, in spite of these efforts, they still remain an active research topic and maybe a matter of concern. However, the achieved progress allows most physicists to believe that these instabilities are not any more a real hurdle on the way to magnetic confinement fusion.RésuméDès leurs débuts, les recherches sur le confinement magnétique des plasmas de fusion se heurtèrent aux instabilités. Les instabilités macroscopiques se manifestèrent les premières et leur présence se révélait incompatible avec un confinement convenable du plasma. Parvenir à les supprimer où, au pire, à les contrôler guida l'essentiel des recherches expérimentales et théoriques sur la fusion pendant les premières années qui ont suivi la conférence Atoms for Peace en 1958. Dans cette exploration, deux catégories d'entre elles, les instabilités localisées et les instabilités de déchirement, ont tenu une place particulière en raison du rôle qu'y jouèrent les physiciens français et les Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences. Elles ont demandé un énorme travail et, malgré cet effort, elles constituent encore un sujet de réflexion et peut-être d'inquiétude, bien que l'ensemble des progrès accomplis permettent à la plupart des physiciens de penser que ces instabilités ne mettent plus en péril la fusion par confinement magnétique.
       
  • The first decades of Doppler-free two-photon spectroscopy
    • Abstract: Publication date: Available online 16 May 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): François BirabenAbstractThis paper gives a review of the Doppler-free two-photon experiments performed since the beginning of the 1970s until the end of the 1990s. The Doppler-free two-photon method was first tested on the sodium atom, then used extensively to study the hydrogen atom and measure the Rydberg constant and the Lamb shifts.RésuméCet article présente une revue des expériences de spectroscopie à deux photons sans effet Doppler, réalisées depuis le début des années 1970 jusqu'à la fin des années 1990. La méthode de spectroscopie à deux photons sans élargissement Doppler a d'abord été testée sur l'atome de sodium, puis elle a été utilisée extensivement pour étudier l'hydrogène atomique et mesurer la constante de Rydberg et les déplacements de Lamb.
       
  • Evaluation of the effect of a phase-change material on the thermal
           response of a bizone building under the climatic conditions of Tunisia
    • Abstract: Publication date: Available online 10 April 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Nour Ben Taher, Nour Lajimi, Noureddine BoukadidaAbstractThis paper extends the thermoelectric analogy method to study the thermal behavior of a concrete envelope of a dual-zone building containing microencapsulated phase-change material (PCM) and subjected to realistic climatic conditions based on weather data for a typical summer day in Tunisia. This work deals with a numerical study based on the nodal method to predict the effect of phase change on the thermal response as well as the energy flux reduction associated with the composite-envelope building.RésuméCet article traite la méthode de l'analogie thermoélectrique pour étudier le comportement thermique de l'enveloppe en béton d'un bâtiment à deux zones contenant un matériau à changement de phase (MCP) microencapsulé et soumis à des conditions climatiques réalistes basées sur des données météorologiques pour une journée d'été typique en Tunisie. Ce travail rapporte une étude numérique basée sur la méthode nodale pour prédire l'effet du changement de phase sur la réponse thermique ainsi que sur la réduction du flux d'énergie associée au bâtiment à enveloppe composite.
       
  • André Guinier: Local order in condensed matter
    • Abstract: Publication date: Available online 9 April 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Jean-Paul Pouget, Anne-Marie Levelut, Jean-François SadocAbstractThis contribution is a tribute to André Guinier and to the scientific school he created. We show how his thesis work allowed one to develop new X-ray scattering techniques of investigation of matter both at small and large scattering Bragg angles. In parallel to his pioneering experimental work, André Guinier introduced a well-adapted formalism allowing a precise characterization of various types of local order in the matter. These findings, which have been extended by his own students, have seed an “X-ray scattering” school of international reputation, which remains very active today. Here, we cover in detail the birth of this school from 1940 to 1980. Then, we outline the evolution of researches of the team he founded at the “Laboratoire de physique des solides” of Paris-Sud University until the beginning of the 21st century, when investigations using synchrotron radiation have revolutionized the study of the structure of the matter.RésuméCette contribution est un hommage à André Guinier et à l'école scientifique qu'il a créée. Nous montrons comment son travail de thèse a permis de développer de nouvelles méthodes d'étude de la matière par diffusion des rayons X aux petits et grands angles de Bragg. En parallèle à ce travail expérimental novateur, André Guinier a introduit un formalisme adapté, permettant une caractérisation précise de divers types d'ordre local dans la matière. Ces travaux, qui ont été étendus par ses propres étudiants, sont à l'origine d'une école de « diffraction des rayons X » de réputation internationale, qui reste très active de nos jours. Dans cet article, nous couvrons en détail la naissance de cette école de 1940 à 1980, puis nous survolons l'évolution des recherches de l'équipe qu'il a fondée au Laboratoire de physique des solides d'Orsay jusqu'au début du XXIe siècle, lorsque les investigations par rayonnement synchrotron ont révolutionné l'étude de la structure de la matière.
       
  • Studies on the cold binary fragmentation of even–even
           230–250U isotopes
    • Abstract: Publication date: Available online 25 March 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Kolathu Parambil Santhosh, Annu CyriacAbstractWithin the framework of the Coulomb and proximity potential model (CPPM), we studied the cold binary fission of even–even 230–250U isotopes using the two versions of the nuclear proximity potential, Proximity 1977 and Proximity 2000. The most favorable binary fission path is the one that has a high Q value and a minimum driving potential with respect to the mass and charge asymmetries. A nucleus with doubly-closed shell or near doubly-closed shell always appears as the heaviest nucleus in the favored channel of the binary fission of all the mentioned isotopes. For the 230,232,234U isotopes, the highest yield was predicted for the isotope of Pb (Z=82) as one fragment, whereas for the 236U isotope, fragmentation with the isotope of Hg (Z=80) as one fragment possesses the highest yield. For the 238U isotope, fragmentation with the isotope of Pt (Z=78, N=126) as one fragment possesses the highest yield. In the case of the 240,242,244,246,248,250U isotopes, the highest yield is for the fragmentation with Sn (Z=50) as one fragment. It was found that asymmetric splitting is superior for U isotopes with mass number A≤238 and symmetric splitting is superior for U isotopes with A≥240. The computed penetrability and half-lives using the two different proximity potentials for the cold binary fission of 230–250U isotopes were compared with the available experimental data collected from Holden et al. [Pure Appl. Chem. 72 (2000) 1525]. The two results were found to be in agreement with each other.RésuméDans le cadre du modèle CPPM (Coulomb et potentiel de proximité), nous avons étudié la fission froide binaire d'isotopes pairs–pairs 230–250U, en utilisant les deux versions Proximity 1977 et Proximity 2000 du potentiel de proximité nucléaire. La voie la plus favorable pour la fission binaire est celle qui a une valeur de Q élevée et un potentiel d'entraînement minimal par rapport aux asymétries de masse et de charge. Pour tous les isotopes mentionnés, le canal le plus favorable est celui dans lequel le noyau le plus lourd est à couche doublement compléte ou presque doublement compléte. Pour les isotopes 230,232,234U, on prévoit que le rendement le plus élevé est obtenu quand l'un des fragments est un isotope de Pb (Z=82), tandis que, pour l'isotope 236U, la fragmentation qui donne naissance à un isotope du mercure (Z=80) a le meilleur rendement. Pour l'isotope 238U, la fragmentation conduisant à l'isotope de platine (Z=78, N=126) a le rendement le plus élevé. Dans le cas des isotopes 240,242,242,244,244,246,248,250U, le rendement le plus élevé est obtenu quand la fragmentation mène à l'étain (Z=50). Le fractionnement asymétrique est favorisé pour les isotopes de l'uranium avec un nombre de masse A≤238 et le fractionnement symétrique pour les isotopes de l'uranium avec A≥240. La pénétrabilité et les demi-vies calculées à l'aide des deux potentiels de proximité pour la fission froide binaire des isotopes 230–250U ont été comparées aux données expérimentales disponibles, reproduites par Holden et al. (Pure Appl. Chem. 72 (2000) 1525). On a constaté que les deux résultats étaient en bon accord.
       
  • Analyzing gravitational waves with general relativity
    • Abstract: Publication date: Available online 7 March 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Luc BlanchetAbstractAfter a short review of prominent properties of gravitational waves and of the newly born gravitational astronomy, we focus on theoretical aspects. Analytic approximation methods in general relativity have played a crucial role in the recent discoveries of gravitational waves. They are used to build theoretical template banks for searching and analyzing the signals in the ground-based detectors LIGO and Virgo, and, further ahead, space-based LISA-like detectors. In particular, the post-Newtonian approximation describes with high accuracy the early inspiral of compact binary systems, made of black holes or neutron stars. It mainly consists of extending the Einstein quadrupole formula by a series of relativistic corrections up to high order. The compact objects are modeled by point masses with spins. The practical calculations face difficult problems of divergences, which have been solved thanks to dimensional regularization. In the last rotations before the merger, the finite size effects and the internal structure of neutron stars (notably the internal equation of state) affect the evolution of the orbit and the emission of gravitational waves. We describe these effects within a simple Newtonian model.RésuméAprès une brève revue des propriétés importantes des ondes gravitationnelles et de la nouvelle astronomie gravitationnelle, nous nous concentrons sur les aspects théoriques. Les méthodes d'approximation analytiques en relativité générale ont joué un rôle crucial dans les récentes détections d'ondes gravitationnelles. Elles sont utilisées pour créer des banques de modèles (patrons) théoriques qui servent à rechercher et analyser les signaux dans les détecteurs au sol LIGO et Virgo et dans les détecteurs dans l'espace de type LISA, développés plus tard. En particulier, l'approximation post-newtonienne décrit avec une grande précision le spiralement initial des systèmes binaires compacts de trous noirs ou d'étoiles à neutrons. Elle consiste principalement à étendre la formule du quadrupôle d'Einstein par une série de corrections relativistes jusqu'à un ordre élevé. Les objets compacts sont modélisés par des masses ponctuelles avec spins. Les calculs pratiques font face à des problèmes difficiles de divergences, qui ont été résolus grâce à la régularisation dimensionnelle. Dans les dernières orbites proches de la fusion, les effets de taille finie et de structure interne des étoiles à neutrons (notamment l'équation d'état interne) affectent l'évolution de l'orbite et l'émission des ondes gravitationnelles. Nous décrivons ces effets dans le cadre d'un modèle newtonien simple.
       
  • Completion and extension of the periodic table of elements beyond uranium
    • Abstract: Publication date: Available online 15 February 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Robert GuillaumontAbstractIn the 1940s, the search for elements beyond uranium led to the discoveries of the neutron-induced fission of uranium and of eleven trans-uranium radioelements, belonging to the actinide series. The best-known of the actinide elements is plutonium. Plutonium suffers neutron fission, as uranium, and, since 1940, humanity lives in the nuclear age, the age of the release of the fantastic nuclear energy. These discoveries resulted from continuous research efforts on natural radioelements, initiated in 1898 by Pierre and Marie Curie, and on artificial radionuclides, initiated in 1934 by Frédéric and Irène Joliot. Today, 118 elements are arranged into the modern versions of the periodic table. All the elements up to curium play a part in human activities. This paper describes how the progression of knowledge, thanks in particular to the heavy experimental means deployed in the USA before and during World War II, led to the completion and extension of the periodic table of elements. It focuses on the period 1937 to 1960 marked by the discoveries of manmade Tc (technetium), Pm (promethium), At (astatine), and of actinides from neptunium (Z=93) to lawrencium (Z=103). The discovery of Fr (francium) was the last discovery made in the line of the fruitful research on natural radioelements conducted in Europe.RésuméLa recherche d'éléments au-delà de l'uranium dans les années 1940 a conduit aux découvertes de la fission de l'uranium par les neutrons, puis de onze éléments transuraniens classés dans la série des actinides, dont le représentant le plus connu est le plutonium. Le plutonium est fissile, comme l'uranium, et depuis cette époque l'humanité vit dans l'ère nucléaire, caractérisée par la libération de cette fantastique énergie. Ces découvertes s'inscrivent dans la suite des recherches conduites sur les radioéléments naturels, initiées en 1898 par Pierre et Marie Curie, et sur les radionucléides artificiels, commencées en 1934 par Frédéric et Irène Joliot. Aujourd'hui, 118 éléments sont regroupés dans le tableau périodique. Tous les éléments jusqu'au curium interviennent dans les activités humaines. Cet article montre comment la progression des connaissances a permis, grâce notamment aux moyens expérimentaux développés aux États-Unis juste avant et pendant la Deuxième Guerre mondiale, de compléter et d'étendre le tableau périodique, entre 1937 et 1960, par les découvertes du technétium (Tc), du prométhéum (Pm), de l'astate (At) et des actinides, du neptunium (Z=93) au lawrencium (Z=103), qui sont tous des radioéléments artificiels. La découverte du Fr (francium) a été la dernière découverte faite dans la lignée des recherches sur les radioéléments naturels conduites en Europe.
       
  • The “father” of microanalysis: Raymond Castaing, creator of a
           generation of scientific instruments, still in worldwide operation
    • Abstract: Publication date: Available online 15 February 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Christian ColliexAbstractThis manuscript emphasizes the leading role of Raymond Castaing in the conception, realization, and use of three major families of scientific instruments for local analysis of matter. Starting from his early studies with his research director, André Guinier, on the visualization of the GP zones in metal alloys, Raymond Castaing has introduced different stages of innovation for the identification of the elements present in the smallest volume of material. These were successively the X-ray electron probe, the secondary ion mass spectrometry with his student Georges Slodzian, the electron energy-loss filtering with his student Lucien Henry. Besides his Ph.D. dissertation, a reference text on any aspect of electron beam induced X-ray microanalysis, Raymond Castaing has continuously published, over a period of three decades, his research in the successive issues of the Comptes rendus de l'Académie des sciencesRésuméCe manuscrit décrit le rôle pionnier et déterminant de Raymond Castaing dans la conception, la réalisation et l'utilisation de trois familles majeures d'instruments scientifiques destinés à l'analyse locale des matériaux. À partir de ses premières recherches avec son directeur de thèse André Guinier sur la visualisation directe des zones GP dans des alliages métalliques, Raymond Castaing a introduit plusieurs générations d'innovations dédiées à l'identification des éléments présents dans le plus petit volume de matière. Ce furent successivement la microsonde X, l‘analyse par spectrométrie de masse des ions secondaires avec son élève Georges Slodzian et l'analyse par filtrage d’énergie des électrons transmis en microscopie électronique avec son élève Lucien Henry. Outre son manuscrit de thèse, véritable « bible » couvrant tous les aspects de l'analyse des rayons X émis sous incidence d'un faisceau d'électrons primaires, Raymond Castaing a publié de façon permanente, pendant trois décennies, ses recherches dans les volumes successifs des Comptes rendus de l'Académie des sciences.
       
  • The early days of quantum optics in France
    • Abstract: Publication date: Available online 15 February 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Claude Cohen-TannoudjiAbstractWe review a few early studies on atom–photon interactions which took place in France after World War II and before the seventies. Several examples are discussed, including double resonance and optical pumping, radiofrequency multiphoton processes, quantum interference effects in radiative processes, master equation description of atom–photon interactions, optical resonators and laser media, etc. We try to point out the continuity which exists between these early studies and more recent investigations in new research fields, such as laser cooling and trapping. Some general conclusions about science policy will be finally drawn from such a historical review.RésuméNous présentons quelques-unes des études initiales relatives aux interactions atome–photons qui ont été réalisées en France après la Seconde Guerre mondiale et avant les années 1970. Nous donnons plusieurs exemples, tels que la double résonance et le pompage optique, les processus multiphotoniques dans le domaine des radiofréquences, les interférences quantiques dans les processus radiatifs, la description en termes d'une équation maîtresse des interactions atome–photon, les résonateurs optiques, les milieux laser, etc. Nous essayons de souligner la continuité qui existe entre ces travaux précoces et les recherches ultérieures menées dans des domaines nouveaux, tels que le refroidissement et le piégeage des atomes par laser. Enfin, quelques considérations générales sur la politique de la recherche scientifique se dégagent de cette revue historique.
       
  • Étalement de la phase et cohérence temporelle d'un gaz de fermions
           condensé par paires à basse température
    • Abstract: Publication date: Available online 8 February 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Yvan CastinRésuméUn condensat de paires dans un gaz tridimensionnel de fermions de spin 1/2 isolé, homogène, non polarisé, de taille finie et de température extrêmement basse, mais non nulle, subit au cours du temps un changement de phase θˆ(t)−θˆ(0) avec une composante aléatoire, ne serait-ce que par couplage aux phonons thermiques du gaz. À l'aide de la seconde relation de Josephson quantique reliant dθˆ/dt aux opérateurs nombres d'occupation des modes de phonons et d'équations cinétiques linéarisées donnant l'évolution des fluctuations des nombres d'occupation, nous accédons au comportement de la variance Var[θˆ(t)−θˆ(0)] de ce déphasage aux temps longs devant le temps de collision des phonons. Le cas où la branche de phonons est de départ convexe ressemble à celui du gaz de bosons : les processus collisionnels dominants sont ceux à trois phonons de Beliaev–Landau, si bien que la variance est la somme d'un terme balistique Ct2 et d'un terme diffusif avec retard 2D(t−t0), dont nous donnons les expressions analytiques à la limite thermodynamique. Le cas concave est beaucoup plus exotique. Nous l'analysons aux échelles de temps courtes devant T−9, ce qui permet de garder comme seuls processus collisionnels ceux 2 phonons → 2 phonons de Landau–Khalatnikov aux petits angles. Le nombre total de phonons est conservé et les nombres moyens d'occupation des phonons à l'équilibre peuvent admettre un potentiel chimique μϕ
       
  • Pierre-Gilles de Gennes: Beautiful and mysterious liquid crystals
    • Abstract: Publication date: Available online 30 January 2019Source: Comptes Rendus PhysiqueAuthor(s): Pawel PieranskiAbstractThe articles of Pierre-Gilles de Gennes on liquid crystals published between 1968 and 1972 in the Comptes rendus de l'Académie des sciences appear today as models of conciseness. On barely three pages, with a few words and equations, de Gennes was able to give answers to enigmas posed by strange and often beautiful phenomena occurring in liquid crystals. Thread-like disclinations in nematics and cholesterics, dislocations in smectics or milky aspect of nematics due to light scattering are a few examples of them. Pierre-Gilles de Gennes was able to examine them from heights accessible only to him, to explain them and also to find how they are related to phenomena occurring in other ordered systems. His article on “Singularities permitted in ordered phases” laid the foundation for future work on the classification of topological defects. Our aim is to illustrate issues raised by de Gennes by examples taken from very recent experiments. By doing this, we prove that de Gennes' achievements remain valid and valuable today.RésuméLes articles de Pierre-Gilles de Gennes sur les cristaux liquides publiés entre 1968 et 1972 dans les Comptes rendus de l'Académie des sciences frappent par leur concision. Sur trois pages à peine, avec peu de mots et d'équations, de Gennes esquissait les solutions d'énigmes posées par les étranges et souvent beaux phénomènes observés dans les cristaux liquides ; filiformes discinclinaisons dans les nématiques, dislocations dans les smectiques ou l'aspect laiteux des nématiques n'en sont que trois exemples. Pierre-Gilles de Gennes était capable de les examiner d'une hauteur á lui seulement accessible, de les expliquer et de les relier aux phénomènes se produisant dans d'autres systèmes ordonnés. Dans son article Types de singularités permises dans une phase ordonnée, de Gennes jetait les bases de travaux futurs sur la classification des défauts topologiques. Notre ambition est ici d'illustrer les problèmes considérés par de Gennes avec des exemples tirés de travaux très récents. De cette manière, nous montrons que les idées de Pierre-Gilles de Gennes restent toujours vivantes.
       
 
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