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To Ex M2 P
Viernes 28 de Octubre de 2016 14:34

Active Matter

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Active Matter

Informations pratiques


Discipline :

Physique

Niveau :

Master 2

Semestre :

S4a

Crédits ECTS :

3

Volume Horaire :

18h Cours

Responsable :

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Intervenants :

 

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Objectif

Active matter encompasses a broad range of systems ranging from animal groups to shaken grains, to motile colloids to cell tissues and bacteria suspensions. We will introduce some generic concepts and tools borrowed from soft condensed matter and statistical physics to account for the large-scale properties of these systems driven out of thermal equilibrium at the level of the elementary units.

 

The course will both cover well established results and on going developments in the field. The outline will be adjusted accordingly.

 

 

Plan du cours

1-Self propelled bodies and persistent random walkers: statistics of active-particle trajectories.

2-Interacting active particles: active forces, torques and fields.

3-Continuum description of active matter: conserved and broken symmetry fields.

4-A selection of more advanced topics will be discussed during the last three/four lectures such as Kinetic theories of active matter, Fluctuation and instabilities of broken-symmetry phases (active nematics and flocks), Motility Induced Phase Separation & active-matter thermodynamics, Active stresses, Active tesselations, 1D systems & traffic models,…)

 

Langue d'enseignement

 

English or French  (upon request)

 

Jueves 14 de Julio de 2016 12:26

Plasma phenomena out of equilibrium

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Plasma phenomena out of equilibrium

Informations pratiques


Discipline :

Physique

Niveau :

Master 2

Semestre :

S4a

Crédits ECTS :

3

Volume Horaire :

18h Cours

Responsable :

Rolf Walder

 

Intervenants :

 

Rolf Walder

Objectif

TBA

Plan du cours

TBA

Pré-requis

TBA

Langue d'enseignement

TBA

Modalité de l'examen

TBA

Jueves 14 de Julio de 2016 06:24

Nanophysics

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Nanophysics

Informations pratiques


Discipline :

Physique

Niveau :

Master 2

Semestre :

S3b

Crédits ECTS :

6

Volume Horaire :

24h Cours

12h TDs

Responsable :

Aurelien Crut

 

Intervenants :

Aurelien Crut

Joel Bellessa

Objective

In 1959, Richard Feynman gave a visionary talk entitled “There is plenty of room at the bottom”, often regarded as the start of nanosciences, in which he showed that the ability of manipulating matter at the nanometer scale would enable encoding huge amounts of information onto increasingly small spaces and imagined microscopes with atomic resolution. Nanosciences have undergone a colossal development since, accomplishing most of Feynman’s dreams and progressively understanding the physical properties of nanostructures, which strongly differ from those of macroscopic objects due to the stronger impact of quantum and surface-related effects. Interestingly, size reduction has a very different impact depending on the considered physical property. For instance, a metal sphere of 50 nm diameter does not have the same “color” as the bulk material it is made of, but the mechanical vibrations of nanospheres as small as 1 nm (30 atoms) can still be accurately described using a continuum elastic model initially developed for planets. These lectures will address various physical properties of nano-objects, such as electronic, optical, mechanical and thermal ones. The theoretical modeling of these properties, based on either classical or quantum physics, will be introduced, highlighting the specific phenomena at the nanoscale. In each case, the experimental methods available to investigate them will be described, with a special focus on those addressing individual nano-objects, which have recently undergone a fast development.

Outline

Introduction

- What is nanoscience ?

- Bulk vs nano: new physical properties of nanostructures and confined systems.

- Fabrication methods, characterization tools and current hot topics in nanophysics.

Quantum confinement : semiconductor and metal nanostructures

- Electronic quantum confinement in semiconductors: quantum wells, wires and dots.

- Optical properties and luminescence of quantum dots.

- Recent advances and applications: from semiconductor heterostructures to single photon quantum emitters.

- Quantum confinement effects in metal nanoparticles.

Dielectric confinement: electromagnetism at nanoscale and plasmonics

- Modeling the electromagnetic response of nano-objects (local field effect, localized and delocalized surface plasmons, scattering and absorption, Mie theory and numerical methods).

- Measuring the optical response of nanostructures: from ensembles to single nano-object (near and far-field microscopies, electromagnetic interactions and collective effects, photonic crystals, metamaterials).

- Recent advances and applications: atmospheric aerosols, environmental applications, single-particle spectroscopy, imaging and sensing , nano-bio-devices.

Optical properties of nanostructures coupled to their environment

- Linear, nonlinear ultrafast and quantum plasmonics, biological and medical applications

- Radiation enhancement: Purcell effect, cavities, optical antennas.

- Strong light-matter coupling in solid systems (hybrid light-matter states: polaritons, applications to coherence and energy transfer).

Thermal and mechanical properties at the nanoscale

- Nano-mechanics and nano-acoustics: opto-mechanics, confined acoustic modes, analytical and numerical modeling and experiments.

- Some recent advances: mechanics of carbon nanotubes, validity of classical elasticity laws at the nanoscale, monitoring single nano-object vibrations,…

- Nano-thermics: role of interfacial thermal resistance at the nanoscale (Kapitza resistances), measuring heat transfer at the nanoscale (electrical and optical techniques).

 

Langue d'enseignement

Cours en français par défaut, l'anglais est possible si demandé. 

Modalité de l'examen

Ecrit

Miércoles 13 de Julio de 2016 14:58

Advanced electromagnetism and ultrafast optics

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Advanced electromagnetism and ultrafast optics

Informations pratiques


Discipline :

Physique et Chimie

Niveau :

Master 2

Semestre :

S3a

Crédits ECTS :

6

Volume Horaire :

24h Cours
12h TD

Responsable :

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Institut Lumière et Matière, Lyon.

Intervenants :

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Objectifs

 

Ce cours présente des concepts de l'électromagnétisme avancé et en particulier les interactions non linéaires entre la lumière et la matière.
Ces effets non linéaires interviennent lorsqu'une radiation intense se propage dans un milieu et permettent de manipuler la lumière (par exemple, en créant de nouvelles fréquences, en modifiant sa polarisation ou son front d'onde, sa direction de propagation, etc...) ou de sonder la matière au niveau dynamique ou structurel. Ce cours introduira le domaine de l'optique ultrarapide (génération d'impulsions ultracourtes, propagation, amplification) qui permet d'obtenir de forts éclairements et d'induire des effets très non linéaires (ionisation par effet tunnel, filamentation, génération d'harmoniques d'ordres élevés etc) que l'on peut contrôler et utiliser. Ce domaine est en forte expansion en recherche et dans l'industrie et a récemment donné lieu à plusieurs prix Nobel: A. Zewail (1999), T. Hansch (2005), D. Strickland & G. Mourou (2018) qui seront évoqués. Les concepts présentés seront appliqués à des domaines de recherche actuels comme la physique attoseconde (1 as = 10-18 s) qui permet de générer des impulsions lumineuses les plus courtes que nous sachions faire aujourd'hui, d'étudier des dynamiques dans la matière avec une très haute résolution temporelle et même de visualiser des fonctions d'ondes dans des molécules.

 

Pré-requis

Laser et matière (M1), Électromagnétisme (L3), Ondes et optique (L3).

Jueves 22 de Octubre de 2015 09:55

Advanced mechanics

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Elasticité non-linéaire des structures  élancées

Informations pratiques


Discipline :

Physique

Niveau :

Master 2

Semestre :

S4a

Crédits ECTS :

3

Volume Horaire :

18h Cours

Responsable :

Arezki Boudaoud

Mokhtar Adda-Bedia

CNRS, Université Paris 6 and École Polytechnique

Intervenants :

 

Arezki Boudaoud

 

Mokhtar Adda-Bedia

Objectives 


Pattern formation and energy focussing can be easily experienced when crumpling a sheet of paper or when tearing it. Indeed, nonlinear behaviours arise out of geometry, even when the material is described with a linearly elastic constitutive law. The main objective of this course is to demonstrate how geometrical constraints yield ordered and disordered patterns in elastic media under mechanical loading. The course will cover a whole spectrum from theoretical descriptions and approaches to applications such as micro-fabrication, biological growth, foldable structures, fragmentation, geophysical patterns, earthquakes, or contact between solids.

 


Outline

 

I.- Introduction to elasticity of continuous media

II.- Thin elastic plates

II.1.- Introduction: differential geometry of a surface, equations

II.2.- Buckling: roll-like patterns, growth-induced patterns

II.3.- Singularities: focussing of energy around points (developable cones) and lines (stretching ridges)

II.4.- Patterns from singularities and foldable structures

III.- Fracture and related problems

III.1.- Introduction to brittle fracture mechanics

III.2.- Quasi-static crack propagation: instabilities and crack-induced patterns

III.3.- Fast fracture: dynamics, instabilities, and fractography

III.4.- Friction: from fracture to earthquakes

III.5.- Adhesion and contact mechanics

 

Prerequisite

Undergraduate course on continuum mechanics and elastic media

Exam

Presentation of a research article

 

Martes 05 de Mayo de 2015 08:50

Integrable models

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Integrable models

Informations pratiques


Discipline :

Physique

Niveau :

Master 2

Semestre :

S4a

Crédits ECTS :

3

Volume Horaire :

18h Cours

Responsable :

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CNRS & École Normale Supérieure de Lyon, Laboratoire de Physique

Intervenants :

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Objectif

 

 

Fournir une introduction à l'intégrabilité, dont les intérêts vont de la mécanique statistique à l'optique quantique et de la matière condensée à certaines théories des champs de  jauge et de cordes et à la correspondance AdS/CFT. Introduire en particulier les modèles intégrables quantiques 1D et l'intégrabilité classique de certaines théories des champs intégrables 2D.

 

Plan du cours

 

 

1. Introduction à l'intégrabilité classique en mécanique du point

Rappel sur la formulation Hamiltonienne et Lagrangienne de la mécanique classique, les intégrales du mouvement et les symétries. Systèmes complètement intégrables selon Liouville, séparation des variables et variables d'action-angle pour une particule dans un potentiel central, règles de quantification de Bohr-Sommerfeld.

2. Introduction à l'intégrabilité quantique

Généralisation au cas quantique des définitions de l'intégrabilité, méthode de diffusion inverse quantique, modèles quantiques sur réseau, la matrice de monodromie et de transfert, les équations de Yang-Baxter, les méthodes de diagonalisation exacte: Ansatz de Bethe. L'exemple de la chaîne XXZ de spin 1/2 quantique.

3. Introduction à l'intégrabilité classique en théorie des champs

Connexion de Lax, Modèles sigma intégrables

 

Pré-requis conseillés

 

Un cours de mécanique analytique et quantique. De plus profondes connaissances telles que celles fournies dans les cours Path integrals and applications, et Gauge theories sont aussi conseillées.

 

Modalité de l'examen

 

Ecrit

 
Jueves 04 de Julio de 2013 20:26

Topological phases

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Topological phases

Informations pratiques


Discipline :

Physique

Niveau :

Master 2

Semestre :

S3b

Crédits ECTS :

3

Volume Horaire :

18h Cours

 

Responsable :

Pierre Delplace

CNRS & École Normale Supérieure de Lyon, Laboratoire de Physique

Intervenants :

Pierre Delplace

Objectif

L’objectif de ce cours est de décrire différentes phases exotiques ou comportements électroniques de la matière condensée découverts récemment, en prenant comme fil directeur leurs propriétés géométriques et topologiques. La première notion abordée sera celle de phase géométrique : pourquoi la phase d’une fonction d’onde acquiert-elle une importance physique ? Pourquoi cette phase dite de Berry est-elle appelée une phase géométrique ? Un exemple récent dans lequel cette phase De Berry permet de caractériser les états électroniques est le graphène. Dans cette feuille de carbone, les électrons se comportent comme des particules relativistes, et leur évolution est caractériser par une phase de Berry. Nous nous intéressons ensuite à l’Effet Hall Quantique : cette phase remarquable possède une conductivité de Hall quantifiée et mesurée avec une précision inhabituelle. Nous montrerons que cette précision est liée à une propriété dite topologique de cette phase électronique. Finalement, nous nous intéresserons à de nouvelles phases, appelées isolants topologiques, caractérisées par une nouvelle propriété topologique.

Plan du cours

0. Introduction
Objectif du cours, notions de base de topologie, rappel de théorie des bandes.

1. Phase géométrique de Berry
a. (Rappel:) électrons dans un champ magnétique et la phase d’Aharonov-Bohm.
b. Notion de transport adiabatique, définition de la phase de Berry
c. Transport semi-classique et courbure de Berry.

2. Le graphène
a. Modèle de liaisons fortes, fermions de Dirac.
b. Caractérisation physique du graphène : l'effet Hall quantique, notions d'états de bord, formalisme de Landauer.
c. Phases de Berry topologique associée aux cônes de Dirac. Conséquences physiques.

3. Effet Hall quantique
a. Discussion des niveaux de Landau, propriétés physique de la phase d’Effet Hall Quantique.
b. Introduction au formalisme de Landauer du transport, lien entre propriété topologique et états de bords.
c. Analogue de l'effet Hall quantique : la phase de Haldane dans le graphène. Interprétation géométrique de l'invariant TKNN.

4. Isolants topologique et spin orbite
a. Invariance par renversement du temps et paires de Kramers.
b. Du modèle de Haldane au modèle de Kane et Mele. États de bords.
c. Un nouvel invariant topologique.

Langue d'enseignement

Cours en français par défaut, sauf demande explicite d'étudiants non-francophone.

Pré-requis

Mécanique quantique, physique statistique, physique du solide élémentaire (théorie des bandes) et avancée (liquide de Fermi, fonctions de Green). Des notions de théorie des champs élémentaire seront utiles mais non indispensables.

Bibliographie

Graphene, Mikhail I. Katsnelson, Cambridge University Press (2012)
Topological Insulators and Topological Superconductors, B. Andrei Bernevig, Princeton University Press (2013)
Field Theories of Condensed Matter Physics, Eduardo Fradkin, Cambridge University Press; 2nd Edition (2013)

 

Nonlinear dynamics and statistical theories for geophysical flows

Informations pratiques


Discipline :

Physique

Niveau :

Master 2

Semestre :

S4a

Crédits ECTS :

3

Volume Horaire :

18h Cours

Responsable :

Antoine Venaille

Université Claude Bernard Lyon 1, Institut Lumière Matière

Intervenants :

Antoine Venaille

Plan du cours

 

1) Large scale flow patterns in forced-dissipative rotating fluids (Kelvin circulation theorem, role of symmetries and boundaries)

2) Rossby waves and baroclinic instability (linear dynamics and stability analysis)

3) Conservation laws and self-organization in 2D turbulence (statistical mechanics and turbulence)

4) Topological protection of equatorial waves (Consequences of breaking time reversal symmetry)

5) The thermal structure of planetary flows (radiative equilibrium, convection)

6) Predictability (dynamical system approach)

 

 

Modalité de l'examen

 

Viernes 10 de Mayo de 2013 09:12

Advanced statistical mechanics

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Advanced statistical mechanics

Informations pratiques


Discipline :

Physique

Niveau :

Master 2

Semestre :

S3a

Crédits ECTS :

6

Volume Horaire :

24h Cours
12h TD

Responsable :

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LiPhy, Grenoble.

Intervenants :

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Outline

 

 

This course covers advanced topics in statistical physics, mostly out of equilibrium. The relevant formalism (statistics of sums of random variables, stochastic processes,…) is first introduced. Then the course covers the standard topics of Langevin and Fokker-Planck equations, as well as linear response close to equilibrium and fluctuation-dissipation relations. Far from equilibrium extensions like fluctuation relations are also presented. In the last part, the course discusses examples of N-body distributions in out-of-equilibrium models, as well as the more versatile approach using an effective description in terms of a one-body distribution. Some examples of applications are taken from the recent literature.


Lecture 1: Sums of random variables
Statistics of sums of random variables, central limit theorem and its generalization to broadly distributed random variables. Examples of correlated or non-identically distributed random variables. Large deviations and their relevance in statistical physics.
Application of sums of random variables to equilibrium disordered systems, example of the Random Energy Model.


Lecture 2: Stochastic processes
Markov jump processes, master equation, detailed balance. Random walk on a lattice. Diffusive limit and diffusion equation. Continuous time random walks and anomalous diffusion.
Statistics of the first return time of a random walk.
Relaxation to equilibrium, increase of entropy, expansion over the eigenvectors of the Markov operator. Non-stationary dynamics at large time and aging phenomenon.


Lecture 3: Langevin and Fokker-Planck equations
Langevin equation, definition and physical motivation. Detailed balance.
Fokker-Planck equation. Derivation from a biased random walk on a lattice. Kramers-Moyal expansion. Stationary solution without flux (equilibrium) and with flux. Physical examples.
Relaxation to equilibrium and Ornstein-Uhlenbeck process.
Langevin equation with multiplicative noise, Ito and Stratonovitch discretization rules. Corresponding Fokker-Planck equation. Wong-Zakai theorem. Stochastic on-off intermittency as an example of multiplicative noise. Stochastic calculus and Ito's lemma.

Lecture 4: Response to an external field
Linear response close to equilibrium. Response function and Kubo formula. Time-correlation function and fluctuation-dissipation relation. Microreversibility and symmetry of response functions. Kramers-Krönig relation.
Statistics of trajectories and fluctuation relation far from equilibrium. Comparison of a trajectory with the time-reversed one. Statistics over trajectories. Fluctuation relation for discrete-time stochastic processes. Jarzinsky and Crooks relations.


Lecture 5: Examples of N-body distributions in stationary nonequilibrium states
One-dimensional lattice particle models, Zero-Range Process, Asymmetric Simple Exclusion Process. Matrix Product Ansatz solution.
Tapping dynamics for granular matter: Edwards postulate for the N-body distribution.
Approximate N-body distribution for interacting active particles with random self-propulsion forces.


Lecture 6: Effective description in terms of one-body problem
Dynamics with persistent interactions, approximation in terms of a non-linear Fokker-Planck equation with a self-consistent force field.
Collisional dynamics in the dilute regime, kinetic theory for the one-body distribution.
Principle of the derivation of continuum equations for the slow modes.

 

Pré-requis

Physique statistique L3-M1, thermodynamique L2

Jueves 24 de Enero de 2013 10:25

La óptica cuántica de los fotones y electrones

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L’optique quantique des photons et des électrons

Informations pratiques


Discipline :

Physique

Niveau :

Master 2

Semestre :

S4a

Crédits ECTS :

4

Volume Horaire :

21h Cours

Responsable :

Pascal Degiovanni

École Normale Supérieure de Lyon, Laboratoire de Physique

Intervenants :

Pascal Degiovanni
Alexia Auffèves

Objectif

L’objectif de ce cours est de présenter une introduction à l’optique quantique des électrons et des photons de manière à mettre en évidence les points communs et les différences dans le domaine de la manipulation contrôlée d’états quantiques du champ électromagnétique d’une part et des électrons dans les conducteurs d’autre part. Il donnera les outils conceptuels pour comprendre les expériences récentes du domaine et leurs enjeux sur les fondements de la physique quantique (théorie de la décohérence, violation des inégalités de Bell..) et ses applications (information et communication quantique, photonique..)

Plan du cours

1. Intrication, complémentarité et décohérence

2. L’optique quantique avec des photons
- Le photon: lien avec les ondes électromagnétiques, propriété de cohérence
- Interaction lumière matière à l'échelle du photon unique
- Applications en information et en communication quantique

3. L’optique quantique des électrons
- De l’électrocinétique au transport électronique cohérent. Transport électronique basse fréquence et transport à fréquence finie
- Cohérence électronique: lien avec l’optique quantique des photons. Comment mesurer la cohérence quantique ?
- Les sources d’électrons uniques. Introduction aux problèmes de décohérence.

Pré-requis

Cours de mécanique quantique et d’électromagnétisme. Bases de matière condensée (électrons dans les solides).

Bibliographie

"Exploring the quantum", S. Haroche and J.M. Raimond, Oxford University Press

Mots clefs

Cohérence quantique, optique, photons, transport électronique cohérent, fondements de la physique quantique, information quantique

Modalité de l'examen

Assiduité et lecture d'articles de recherches fournis

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