Instabilités et dynamiques de particules en interaction dans un système quasi-unidimensionnel. - Université Paris Cité Access content directly
Theses Year : 2016

Instabilities and dynamics of interacting particles in quasi-one-dimensional systems

Instabilités et dynamiques de particules en interaction dans un système quasi-unidimensionnel.

Abstract

In this thesis, we exhibit a precise theoretical and numerical description of quasi-unidimensionnal systems of particles in interaction. Here we look for the equilibrium configurations taken by the system as the confinement varies, showing that the structural transition leading the system from a line toward a staggered row might change of characteristics and pass from supercritical to subcritical. The origin of this modification is pointed out as well as the quantitative description of new equilibrium configuration presenting a phase coexistence between line and zigzag domains. The dynamic of these structures is then developed through a description of their behavior as the diffusion of an effective particle along a periodic potential specific to the discrete character of the system. To go beyond we consider the possibility to observe several structures in a same system and we describe acutely the interaction between structures which can be either attractive or repulsive according to the topology of the configuration. Finally the careful study of the vibrational eigenmodes of the configurations lead to a description of the critical behavior of transverse fluctuations close to the transition threshold between equilibrium configurations. This description according to vibrational eigenmodes prove to be useful to describe simply the diffusion of a chain of particle along a periodic potential and to describe quantitatively their coupling.
Dans cette thèse nous présentons une description théorique et numérique détaillée des instabilités et des dynamiques observées dans des systèmes quasi-unidimensionnels de particules en interaction répulsive soumises à un bain thermique. Lorsque le confinement transverse décroît, ces systèmes présentent une transition structurelle les faisant passer d'une configuration en ligne à une configuration en zigzag, homogène ou inhomogène. Nous avons mis en évidence et expliqué le changement de caractère de cette bifurcation qui passe de sur-critique à sous-critique. La description quantitative de configurations d'équilibre stables, appelées "bulles", a été réalisée, celles-ci correspondent à une coexistence de domaines en ligne et en zigzag. La dynamique des "bulles" a été ensuite étudiée à l'aide d'un modèle de particule effective diffusant dans un potentiel périodique induit par le caractère discret du système. Lorsque plusieurs "bulles" coexistent, elles interagissent et se réorganisent pour former une configuration stable à une seule "bulle" selon des mécanismes de coalescence ou de collapse. Nous avons montré que la topologie de la configuration peut induire des effets de frustration conduisant à une interaction attractive ou répulsive selon les cas. Enfin, nous avons montré que les fluctuations transverses des particules divergent à l'approche des seuils de transition et expliqué ces comportements par l'apparition de modes mous dans le spectre de vibration. Cette description en modes propres nous a permis par ailleurs de comprendre l'augmentation observée de la diffusion d'une chaîne de particules dans un potentiel périodique asymétrique par rapport à une chaîne libre.
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tel-01404418 , version 1 (28-11-2016)

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Cite

Tommy Dessup. Instabilités et dynamiques de particules en interaction dans un système quasi-unidimensionnel.. Physique [physics]. Université Paris 7 - Denis Diderot, 2016. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01404418⟩
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