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1. Multipartite Entanglement Detection Via Projective Tensor Norms

Author

Maria Anastasia Jivulescu, Cécilia Lancien, Ion Nechita, Politehnica University of Timisoara (UPT), Institut de Mathématiques de Toulouse UMR5219 (IMT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Quantum Physics, Nuclear and High Energy Physics, FOS: Physical sciences, Statistical and Nonlinear Physics, Mathematical Physics (math-ph), [MATH.MATH-FA]Mathematics [math]/Functional Analysis [math.FA], Functional Analysis (math.FA), Mathematics - Functional Analysis, [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], [MATH.MATH-MP]Mathematics [math]/Mathematical Physics [math-ph], FOS: Mathematics, Quantum Physics (quant-ph), Mathematical Physics
Abstract

International audience; We introduce and study a class of entanglement criteria based on the idea of applying local contractions to an input multipartite state, and then computing the projective tensor norm of the output. More precisely, we apply to a mixed quantum state a tensor product of contractions from the Schatten class $S_1$ to the Euclidean space $\ell_2$, which we call entanglement testers. We analyze the performance of this type of criteria on bipartite and multipartite systems, for general pure and mixed quantum states, as well as on some important classes of symmetric quantum states. We also show that previously studied entanglement criteria, such as the realignment and the SIC POVM criteria, can be viewed inside this framework. This allows us to answer in the positive two conjectures of Shang, Asadian, Zhu, and G\"uhne by deriving systematic relations between the performance of these two criteria.

Published
2022

2. XAS and XMCD Reveal a Cobalt(II) Imide Undergoes High-Pressure-Induced Spin Crossover

Author

Nadejda Bouldi, Matteo Mannini, Marius Retegan, Reece G. Miller, Benjamin Cahier, Philippe Sainctavit, Nathalie Guihéry, Talal Mallah, Delphine Cabaret, Diane Gouéré, François Baudelet, Lucie Nataf, Fabrice Wilhelm, François Guillou, Andrei Rogalev, Nicolas Suaud, Sally Brooker, Amélie Juhin, Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (IMPMC), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR206-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Dipartimento di Chimica 'Ugo Schiff' [Sesto Fiorentino] (DICUS UniFI), Università degli Studi di Firenze = University of Florence (UniFI), European Synchroton Radiation Facility [Grenoble] (ESRF), University of Otago [Dunedin, Nouvelle-Zélande], Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (ICMMO), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Department of Chemistry 'Ugo Schiff', Department of Chemistry & MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology, Systèmes étendus et magnétisme (LCPQ) (SEM), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, high pressure, wave function theory, General Energy, divalent cobalt, X-ray absorption spectroscopy, [CHIM.COOR]Chemical Sciences/Coordination chemistry, magnetic properties, Physical and Theoretical Chemistry, Spin crossover, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials
Abstract

International audience; The spin crossover (SCO) transition is investigated in two molecular Co 2+ bisimide compounds, Co(dpzca) 2 and Co(pypzca) 2 (where Hdpzca = N-(2-pyrazylcarbonyl)-2pyrazinecarboxamide and Hpypzca = N-(2-pyrazylcarbonyl)-2-pyridinecarboxamide). They crystallize solvent-free with similar crystal structures but have been reported to exhibit different temperature-dependent magnetic behaviors. Using temperature-and pressure-dependent element selective X-ray absorption spectroscopy (XAS and XMCD) measurements, it is revealed herein that although Co(pypzca) 2 does not afford a temperature-induced SCO, it undergoes a reversible pressure-induced SCO transition that is less abrupt, and is complete at a higher pressure (3.5 GPa), than for Co(dpzca) 2 (0.5 GPa). Wave function-based calculations performed on isolated complexes confirm the LS state nature of Co(dpzca) 2 at low temperatures, and the values of spin and orbital magnetic moments are determined. Calculations show the similarity of groundstate properties for HS Co(dpzca) 2 and HS Co(pypzca) 2 and the existence of a double-well HS-LS in the potential energy surface for both compounds. It is concluded that the observed, significant differences in pressure-and temperature-induced SCO transitions of Co(dpzca) 2 versus Co(pypzca) 2 are probably due to different intermolecular interactions between Co(dpzca) 2 and Co(pypzca) 2 , which would hamper the temperature-induced SCO in Co(pypzca) 2 .

Published
2023

3. Synthesis of a Negative Photochrome with High Switching Quantum Yields and Capable of Singlet‐Oxygen Production and Storage

Author

Christian Philouze, Guy Royal, Martial Boggio-Pasqua, Elise Lognon, Frédérique Loiseau, Saioa Cobo, Zakaria Ziani, Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and ANR-18-CE29-0012,Photochromics,Architectures Moléculaires Multi-Photochromes Innovantes pour la Production de NO et 1O2(2018)

Subjects
010405 organic chemistry, Singlet oxygen, Organic Chemistry, Quantum yield, General Chemistry, 010402 general chemistry, Photochemistry, Triphenylamine, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Acceptor, Catalysis, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Photochromism, chemistry.chemical_compound, chemistry, Cyclic voltammetry, Methylpyridinium, Absorption (electromagnetic radiation)
Abstract

International audience; A dimethyldihydropyrene (DHP) photochromic unit has been functionalized by donor (triphenylamine group) and acceptor (methyl-pyridinium) substituents. This compound was characterized by NMR, absorption and emission spectroscopies as well as cyclic voltammetry and its properties were rationalized by theoretical calculations. The incorporation of both electron donor and withdrawing groups on the photochromic center allows i) an efficient photo-isomerization of the system when illuminated at low energy (quantum yield: Фc-o = 13.3% at λex.= 660 nm), ii) the reversible and quantitative formation of two endoperoxyde isomers when illuminated under aerobic conditions at room temperature and iii) the storage and production of singlet oxygen. The photo-isomerization mechanism was also investigated by spin-flip TD-DFT (SF-TD-DFT) calculations.

Published
2021

4. Local Structure and Magnetism of La1–xMxPO4 (M = Sm, 239Pu, 241Am) Explained by Experimental and Computational Analyses

Author

Md. Ashraful Islam, Eric Colineau, Hélène Bolvin, Karin Popa, Laura Martel, Jean-Christophe Griveau, Jean-François Vigier, European Commission - Joint Research Centre [Karlsruhe] (JRC), Systèmes étendus et magnétisme (LCPQ) (SEM), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-17-CE06-0010,ACTIpNMR,déplacements de RMN paramagnétiques pour les actinides : au délà du modèle des lanthanides(2017), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)

Subjects
Materials science, Condensed matter physics, Magnetism, 02 engineering and technology, [CHIM.INOR]Chemical Sciences/Inorganic chemistry, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Local structure, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, General Energy, Physical and Theoretical Chemistry, 0210 nano-technology
Abstract

International audience; With their high chemical and self-irradiation stability, crystalline monazites are among the most promising materials for the encapsulation of nuclear wastes. Yet, the local and magnetic structures of the matrices doped with low-content actinide cation, depicted as most resistant, are still unclear. This limits the development of theoretical approaches predicting their behavior under extreme conditions—self-irradiation and long-term leaching. Here, we characterize the model matrices La1–xMxPO4 (0 ≤ x ≤ 0.10)—with M = Sm, 239Pu, 241Am—by X-ray diffraction and solid-state 31P NMR. As an example, we confirm that La0.96241Am0.04PO4 has higher self-irradiation resistance compared to 241AmPO4. Further, computational analyses show that magnetic properties of the Pu complex are strongly affected by the J-mixing and the paramagnetic NMR shifts are dominated by the Fermi contact contribution, arising from delocalization of the spin density of the cation toward the phosphorus through the bonds.

Published
2021

5. Trinuclear Cyanido‐Bridged [Cr 2 Fe] Complexes: To Be or not to Be a Single‐Molecule Magnet, a Matter of Straightness

Author

Jean-Pascal Sutter, Céline Pichon, Carine Duhayon, Nathalie Guihéry, Valentin Jubault, Nicolas Suaud, Laboratoire de chimie de coordination (LCC), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Systèmes étendus et magnétisme (LCPQ) (SEM), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-17-CE07-0007,AnisoChirMag,Anisotropie Optique au sein d'Aimants Moléculaires Chiraux: Vers une Lecture Optique de l'Orientation du Spin(2017), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)

Subjects
Steric effects, 010405 organic chemistry, Chemistry, Magnetism, Organic Chemistry, Relaxation (NMR), General Chemistry, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Catalysis, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Magnetization, Crystallography, Magnetic anisotropy, Pentagonal bipyramidal molecular geometry, Single-molecule magnets, Anisotropy, Moiety, Single-molecule magnet, Ab initio calculations, Pentagonal bipyramid
Abstract

International audience; Trinuclear systems of formula [{Cr(LN3O2Ph)(CN)2}2M(H2LN3O2R)] (M=MnII and FeII, LN3O2R stands for pentadentate ligands) were prepared in order to assess the influence of the bending of the apical M−N≡C linkages on the magnetic anisotropy of the FeII derivatives and in turn on their Single-Molecule Magnet (SMM) behaviors. The cyanido-bridged [Cr2M] derivatives were obtained by assembling trans-dicyanido CrIII complex [Cr(LN3O2Ph)(CN)2]− and divalent pentagonal bipyramid complexes [MII(H2LN3O2R)]2+ with various R substituents (R=NH2, cyclohexyl, S,S-mandelic) imparting different steric demand to the central moiety of the complexes. A comparative examination of the structural and magnetic properties showed an obvious effect of the deviation from straightness of the M−N≡C alignment on the slow relaxation of the magnetization exhibited by the [Cr2Fe] complexes. Theoretical calculations have highlighted important effects of the bending of the apical C−N−Fe linkages on both the magnetic anisotropy of the FeII center and the exchange interactions with the CrIII units.

Published
2021

6. Microstructure, plasticité et ductilité d'un alliage TNM+ densifié par frittage SPS

Author

Michael Musi, Christophe Deshayes, Guy Molénat, Louise Toualbi, Benjamin Galy, Petra Spoerk-Erdely, Muriel Hantcherli, Jean-Philippe Monchoux, Marc Thomas, Helmut Clemens, Alain Couret, Montanuniversität Leoben (MUL), Physique de la Plasticité et Métallurgie (CEMES-PPM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), DMAS, ONERA, Université Paris Saclay [Châtillon], ONERA-Université Paris-Saclay, Austrian-French project 'Hi-TiAl - 18-CE91-0008-01' co-supported by the French Agence Nationale de la Recherche (ANR) and the Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF), ANR-18-CE91-0008,Hi-TiAl,Amélioration des propriétés mécaniques à haute température des alliages TiAl par l'incorporation d'éléments d'addition(2018), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[PHYS]Physics [physics], titanium aluminides, plasticité, microstructure, heat treatments, Metals and Alloys, SPS, mechanical properties, intermétalliques, [SPI]Engineering Sciences [physics], transmission electron microscopy, [CHIM]Chemical Sciences, General Materials Science
Abstract

International audience; This work presents a study of the microstructure and mechanical properties of a TNM+ alloy (Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B-0.3C-0.3Si, in at.%) densified by Spark Plasma Sintering (SPS), in comparison to the as-SPSed TNM alloy, which contains neither carbon nor silicon. Tensile tests at room temperature and 800 °C, as well as creep tests at 800 °C and 200 MPa, were performed. The microstructures and the fracture surfaces of deformed samples were studied by scanning and transmission electron microscopies, as well as by X-ray diffraction. The deformation mechanisms were investigated by means of in situ straining experiments and post-mortem analyses of deformed samples, both performed by transmission electron microscopy. Contrary to the TNM alloy, the as-SPSed microstructure of the TNM+ alloy does not contain β/βo phase due to the incorporation of carbon. At room temperature, the TNM+ alloy exhibits a yield stress of 520 MPa but a poor ductility of less than 0.1% of plastic strain. The incorporation of carbon and silicon leads to an increase in the creep resistance of the alloy at 800 °C. Despite the fact that iron inclusions are responsible for the premature failure of some samples during tensile tests, the TNM+ alloy is found to be able to deform plastically at room temperature by the glide of ordinary dislocations and by twinning.; Ce travail présente une étude de la microstructure et des propriétés mécaniques d'un alliage TNM+ (Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B-0.3C-0.3Si, en at.%) densifié par Spark Plasma Sintering (SPS), en comparaison avec l'alliage TNM brut de SPS qui ne contient ni carbone ni silicium. Des essais de traction à température ambiante et 800°C ainsi que des essais de fluage à 800°C et 200 MPa ont été réalisés. Les microstructures et les surfaces de rupture des échantillons déformés ont été étudiées par microscopie électronique à balayage et à transmission, ainsi que par diffraction des rayons X. Les mécanismes de déformation ont été étudiés au moyen d'expériences de déformation in situ et d'analyses post-mortem d'échantillons déformés, toutes deux réalisées par microscopie électronique à transmission. Contrairement à l'alliage TNM, la microstructure brute de SPS de l'alliage TNM+ ne contient pas de phase bêta/bêta0 en raison de l'incorporation de carbone. Malgré le fait que les inclusions de fer soient responsables de la rupture prématurée de certains échantillons lors des essais de traction, l'alliage TNM+ est capable de se déformer plastiquement à température ambiante. L'incorporation de carbone et de silicium conduit à une augmentation de la résistance au fluage de l'alliage à 800°C.

Published
2022

7. Variations of the Hartree-Fock fractional-spin error for one electron

Author

Paola Gori-Giorgi, Hugh G. A. Burton, Timothy J. Daas, Clotilde Marut, Pierre-François Loos, Theoretical Chemistry, AIMMS, Physical and Theoretical Chemistry Laboratory [Oxford], University of Oxford [Oxford], Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Department of Chemistry and Pharmaceutical Sciences, Vrije Universiteit Amsterdam [Amsterdam] (VU), European Project: 863481,PTEROSOR, University of Oxford, Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Physics, Chemical Physics (physics.chem-ph), 010304 chemical physics, Nuclear Theory, Hartree–Fock method, General Physics and Astronomy, FOS: Physical sciences, Hydrogen atom, Electron, 01 natural sciences, Ion, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Excited state, Quantum mechanics, Physics - Chemical Physics, 0103 physical sciences, Physics::Atomic and Molecular Clusters, Coulomb, Physics::Atomic Physics, Physical and Theoretical Chemistry, 010306 general physics, Adiabatic process, Spin-½
Abstract

Fractional-spin errors are inherent in all current approximate density functionals, including Hartree-Fock theory, and their origin has been related to strong static correlation effects. The conventional way to encode fractional-spin calculations is to construct an ensemble density that scales between the high-spin and low-spin densities. In this article, we explore the variation of the Hartree-Fock fractional-spin (or ghost-interaction) error in one-electron systems using restricted and unrestricted ensemble densities, and the exact generalized Hartree-Fock representation. By considering the hydrogen atom and H$_2^+$ cation, we analyze how the unrestricted and generalized Hartree-Fock schemes minimize this error by localizing the electrons or rotating the spin coordinates. We also reveal a clear similarity between the Coulomb hole of He-like ions and the density depletion near the nucleus induced by the fractional-spin error in the unpolarized hydrogen atom. Finally, we analyze the effect of the fractional-spin error on the M{\o}ller-Plesset adiabatic connection, excited states, and functional- and density-driven errors., Comment: 12 pages, 9 figures

Published
2021

8. Excited States from State-Specific Orbital-Optimized Pair Coupled Cluster

Author

Antoine Marie, Anthony Scemama, Michel Caffarel, F. Kossoski, Pierre-François Loos, Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), European Project: 863481,PTEROSOR, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)

Subjects
FOS: Physical sciences, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Full configuration interaction, Article, Condensed Matter - Strongly Correlated Electrons, Atomic orbital, Physics - Chemical Physics, 0103 physical sciences, Physical and Theoretical Chemistry, Physics, Chemical Physics (physics.chem-ph), Electron pair, Condensed Matter - Materials Science, 010304 chemical physics, Strongly Correlated Electrons (cond-mat.str-el), Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), Configuration interaction, Computational Physics (physics.comp-ph), 0104 chemical sciences, Computer Science Applications, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Coupled cluster, Excited state, Atomic physics, Ground state, Physics - Computational Physics, Excitation
Abstract

The pair coupled cluster doubles (pCCD) method (where the excitation manifold is restricted to electron pairs) has a series of interesting features. Among others, it provides ground-state energies very close to what is obtained with doubly-occupied configuration interaction (DOCI), but with polynomial cost (compared with the exponential cost of the latter). Here, we address whether this similarity holds for excited states, by exploring the symmetric dissociation of the linear \ce{H4} molecule. When ground-state Hartree-Fock (HF) orbitals are employed, pCCD and DOCI excited-state energies do not match, a feature that is assigned to the poor HF reference. In contrast, by optimizing the orbitals at the pCCD level (oo-pCCD) specifically for each excited state, the discrepancies between pCCD and DOCI decrease by one or two orders of magnitude. Therefore, the pCCD and DOCI methodologies still provide comparable energies for excited states, but only if suitable, state-specific orbitals are adopted. We also assessed whether a pCCD approach could be used to directly target doubly-excited states, without having to resort to the equation-of-motion (EOM) formalism. In our $\Delta$oo-pCCD model, excitation energies were extracted from the energy difference between separate oo-pCCD calculations for the ground state and the targeted excited state. For a set comprising the doubly-excited states of \ce{CH+}, \ce{BH}, nitroxyl, nitrosomethane, and formaldehyde, we found that $\Delta$oo-pCCD provides quite accurate excitation energies, with root mean square deviations (with respect to full configuration interaction results) lower than CC3 and comparable to EOM-CCSDT, two methods with much higher computational cost., Comment: 12 pages, 4 figures

Published
2021

9. Planar bridging an atomically precise surface trench with a single molecular wire on an Au(1 1 1) surface

Author

Umamahesh Thupakula, Xavier Bouju, Jesús Castro-Esteban, Erik Dujardin, Diego Peña, Christian Joachim, Groupe NanoSciences (CEMES-GNS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centro de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CIQUS ), Universidade de Santiago de Compostela [Spain] (USC ), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université de Bourgogne (UB)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), International Center for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA), Spanish Agencia Estatal de Investigación (PID2019-107338RB-C62), Spanish Agencia Estatal de Investigación (PCI2019-111933-2), Centro de Investigación de Galicia accreditation 2019–2022, ED431G 2019/03, World Premier International Center (WPI) Initiative on Nanoarchitectonics (MANA-NIMS), MEXT (Japan), HPC resources of CALMIP supercomputing center under the allocation 2021-P0832, European Project: Grant N° 895239,GNR Conductance, European Project: Grant No 863098,SPRING, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
DI/dV mapping, Single molecule contact, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, [PHYS.COND.CM-GEN]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Other [cond-mat.other], Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), FOS: Physical sciences, General Physics and Astronomy, Molecular manipulation, Physics - Applied Physics, Applied Physics (physics.app-ph), [PHYS.PHYS.PHYS-CHEM-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Chemical Physics [physics.chem-ph], Physical and Theoretical Chemistry, LT-UHV STM
Abstract

International audience; In a bridge configuration, a single graphene nanoribbon (GNR) is positioned with a picometer precision over a trench in between two monoatomic steps on an Au(111) surface. This GNR molecular wire adopts a deformed conformation towards the down terrace in between the two contact step edges. Using differential conductance dI/dV mapping from a low-temperature scanning tunneling microscope, it is demonstrated how the electronic delocalization along GNR is cut at each contact by its down curvature. It points out the need to bring conductive nanocontacts backside of the support for preserving the front side GNR planar conformation.

Published
2022

10. A Novel Image Denoising Algorithm Using Concepts of Quantum Many-Body Theory

Author

Sayantan Dutta, Adrian Basarab, Bertrand Georgeot, Denis Kouamé, CoMputational imagINg anD viSion (IRIT-MINDS), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Recherche en Acquisition et Traitement de l'Image pour la Santé (CREATIS), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Hospices Civils de Lyon (HCL)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), and Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)

Subjects
FOS: Computer and information sciences, History, Polymers and Plastics, Computer Vision and Pattern Recognition (cs.CV), Image and Video Processing (eess.IV), Computer Science - Computer Vision and Pattern Recognition, ComputingMethodologies_IMAGEPROCESSINGANDCOMPUTERVISION, Electrical Engineering and Systems Science - Image and Video Processing, Industrial and Manufacturing Engineering, [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], Control and Systems Engineering, Computer Science::Computer Vision and Pattern Recognition, Signal Processing, FOS: Electrical engineering, electronic engineering, information engineering, [INFO]Computer Science [cs], Computer Vision and Pattern Recognition, Electrical and Electronic Engineering, Business and International Management, Software
Abstract

Sparse representation of real-life images is a very effective approach in imaging applications, such as denoising. In recent years, with the growth of computing power, data-driven strategies exploiting the redundancy within patches extracted from one or several images to increase sparsity have become more prominent. This paper presents a novel image denoising algorithm exploiting such an image-dependent basis inspired by the quantum many-body theory. Based on patch analysis, the similarity measures in a local image neighborhood are formalized through a term akin to interaction in quantum mechanics that can efficiently preserve the local structures of real images. The versatile nature of this adaptive basis extends the scope of its application to image-independent or image-dependent noise scenarios without any adjustment. We carry out a rigorous comparison with contemporary methods to demonstrate the denoising capability of the proposed algorithm regardless of the image characteristics, noise statistics and intensity. We illustrate the properties of the hyperparameters and their respective effects on the denoising performance, together with automated rules of selecting their values close to the optimal one in experimental setups with ground truth not available. Finally, we show the ability of our approach to deal with practical images denoising problems such as medical ultrasound image despeckling applications., 24 pages, 14 figures; complements and expands arXiv:2108.13778

Published
2022

11. Tailoring CIPSI Expansions for QMC Calculations of Electronic Excitations

Author

Claudia Filippi, Monika Dash, Anthony Scemama, Saverio Moroni, MESA+ Institute, Computational Chemical Physics, Institute for Nanotechnology (MESA+), University of Twente [Netherlands], Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati / International School for Advanced Studies (SISSA / ISAS), CNR-IOM-Democritos National Simulation Centre (DEMOCRITOS), Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), University of Twente, Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Physics, Quantum Physics, 010304 chemical physics, Quantum Monte Carlo, UT-Hybrid-D, Classical Physics (physics.class-ph), FOS: Physical sciences, Physics - Classical Physics, Computational Physics (physics.comp-ph), Configuration interaction, 01 natural sciences, Full configuration interaction, Article, Computer Science Applications, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Excited state, Quantum mechanics, 0103 physical sciences, Variational Monte Carlo, Physical and Theoretical Chemistry, Quantum Physics (quant-ph), Wave function, Ground state, Physics - Computational Physics, Excitation
Abstract

International audience; The perturbatively selected configuration interaction scheme (CIPSI) is particularly effective in constructing determinantal expansions for quantum Monte Carlo (QMC) simulations with Jastrow-Slater wave functions: fast and smooth convergence of ground-state properties, as well as balanced descriptions of ground-and excitedstates of different symmetries have been reported. In particular, accurate excitation energies have been obtained by the pivotal requirement of using CIPSI expansions with similar second-order perturbation corrections for each state, that is, similar estimated errors with respect to the full configuration interaction limit. Here we elaborate on the CIPSI selection criterion for excited states of the same symmetry as the ground state, generating expansions from a common orbital set. Using these expansions in QMC as determinantal components of Jastrow-Slater wave functions, we compute the lowest, bright excited state of thiophene, which is challenging due to its significant multireference character. The resulting vertical excitation energies are within 0.05 eV of the best theoretical estimates, already with expansions of only a few thousand determinants. Furthermore, we relax the ground-and excited-state structures following the corresponding root in variational Monte Carlo and obtain bond lengths which are accurate to better than 0.01 Å. Therefore, while the full treatment at the CIPSI level of this system would be quite demanding, in QMC we can compute high-quality excitation energies and excited-state structural parameters building on affordable CIPSI expansions with relatively few, well chosen determinants.

Published
2021

12. Bio-inspired control for collective motion in swarms of drones

Author

Matthieu Verdoucq, Guy Theraulaz, Ramon Escobedo, Clement Sire, Gautier Hattenberger, Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC), Centre de Recherches sur la Cognition Animale - UMR5169 (CRCA), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre de Biologie Intégrative (CBI), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Physique Statistique des Systèmes Complexes (LPT) (PhyStat), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hattenberger, Gautier, Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre de Biologie Intégrative (CBI), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SPI.AUTO] Engineering Sciences [physics]/Automatic, Swarm of drones, [INFO.INFO-RB] Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO], Distributed Control, [INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO], Collective motion, [INFO.INFO-ES]Computer Science [cs]/Embedded Systems, Flocking algorithms, Unmanned Aerial Vehicle (UAV), [SPI.AUTO]Engineering Sciences [physics]/Automatic, [INFO.INFO-ES] Computer Science [cs]/Embedded Systems
Abstract

International audience; To control a distributed swarm of UAVs, many solutions aim at reaching global coordination through local interactions at the agent scale. These interactions are based on the use of reactive algorithms that allow a fleet to adapt its collective behavior to specific operating contexts, but not to all. While providing some flexibility, reactive algorithms can lack speed of completion, safety, and robustness in clustered environments. Generally, the best known reactive algorithms are borrowed from behavioral patterns observed in nature, but tend to digress from the adaptation to a rigorous geometrical approach. Our approach aims at implementing a coordination model directly inspired from the interactions and behaviors that a small fish, the rummy-nose tetra (Hemigrammus rhodostomus), adopts to display collective movements. This article focuses on such an implementation in the deployment of a group of UAVs inside a circular arena. After carrying out experiments with a swarm of 5 drones, we develop a simulator to test the implementation in a swarm of drones of an extended version of the fish school model and evaluate its capacity to reproduce the experiments. Finally, after validating the UAV model by comparison with the experiments, the use of such collective motion algorithm in several contexts of operation is discussed.

Published
2022

13. COHERENT ELECTRON MICROSCOPY: CONTRIBUTIONS AND PROJECT. Towards aberration-corrected bright electron source

Author

Houdellier, Florent, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse 3 Paul Sabatier, Pierre Renucci, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], ultrafast TEM, [PHYS.PHYS.PHYS-ACC-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Accelerator Physics [physics.acc-ph], Cold field emission, coherent electron microscopy, optique électronique, aberration correction, electron optics, [SPI.ELEC]Engineering Sciences [physics]/Electromagnetism, [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], [PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex], émission de champ froide, microscopie ultra rapide, microscopie cohérente, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], correction d'aberration
Published
2022

14. Role of the membrane anchor in the regulation of Lck activity

Author

Nicla Porciello, Deborah Cipria, Giulia Masi, Anna-Lisa Lanz, Edoardo Milanetti, Alessandro Grottesi, Duncan Howie, Steve P. Cobbold, Lothar Schermelleh, Hai-Tao He, Marco D’Abramo, Nicolas Destainville, Oreste Acuto, Konstantina Nika, University of Oxford, Università degli Studi di Roma Tor Vergata [Roma], Italian Computing Centre, Centre d'Immunologie de Marseille - Luminy (CIML), Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Università degli Studi di Roma 'La Sapienza' = Sapienza University [Rome] (UNIROMA), Physique Statistique des Systèmes Complexes (LPT) (PhyStat), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and He, Hai-Tao

Subjects
boundary lipids, membrane lateral organization, membrane anchor, [SDV]Life Sciences [q-bio], Lipid Bilayers, Receptors, Antigen, T-Cell, Cell Biology, CD45, Lck, Biochemistry, [SDV] Life Sciences [q-bio], Lymphocyte Specific Protein Tyrosine Kinase p56(lck), membrane lateral organisation, Leukocyte Common Antigens, Phosphorylation, Molecular Biology, Protein Processing, Post-Translational
Abstract

International audience; Theoretical work suggests that collective spatiotemporal behaviour of integral membrane proteins (IMPs) should be modulated by boundary lipids sheathing their membrane anchors. Here, we show evidence for this prediction whilst investigating the mechanism for maintaining a steady amount of the active form of IMP Lck kinase (LckA) by Lck trans-autophosphorylation regulated by the phosphatase CD45. We used super-resolution microscopy, flow cytometry, and pharmacological and genetic perturbation to gain insight into the spatiotemporal context of this process. We found that LckA is generated exclusively at the plasma membrane, where CD45 maintains it in a ceaseless dynamic equilibrium with its unphosphorylated precursor. Steady LckA shows linear dependence, after an initial threshold, over a considerable range of Lck expression levels. This behaviour fits a phenomenological model of trans-autophosphorylation that becomes more efficient with increasing LckA. We then challenged steady LckA formation by genetically swapping the Lck membrane anchor with structurally divergent ones, such as that of Src or the transmembrane domains of LAT, CD4, palmitoylation-defective CD4 and CD45 that were expected to drastically modify Lck boundary lipids. We observed small but significant changes in LckA generation, except for the CD45 transmembrane domain that drastically reduced LckA due to its excessive lateral proximity to CD45. Comprehensively, LckA formation and maintenance can be best explained by lipid bilayer critical density fluctuations rather than liquid-ordered phase-separated nanodomains, as previously thought, with "like/unlike" boundary lipids driving dynamical proximity and remoteness of Lck with itself and with CD45.

Published
2022

15. Time dependent reduced density matrix functional theory at strong correlation: insights from a two-site Anderson impurity model

Author

Stefano Di Sabatino, Pina Romaniello, Claudio Verdozzi, Systèmes de Fermions Finis - Agrégats (LPT), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), European Theoretical Spectroscopy Facility (ETSF), new, ANR-18-CE30-0025,PhemSpec,Spectres de photoémission de Quantum Monte Carlo et de la théorie des perturbations à plusieurs corps: le meilleur des deux mondes(2018), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)

Subjects
Density matrix, Physics, Work (thermodynamics), Trace (linear algebra), 010304 chemical physics, Time evolution, General Physics and Astronomy, 01 natural sciences, Adiabatic theorem, symbols.namesake, 0103 physical sciences, symbols, Statistical physics, Hilbert transform, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Physical and Theoretical Chemistry, 010306 general physics, Adiabatic process, Anderson impurity model, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

The one-body density matrix has recently attracted considerable attention as a promising key quantity for the description of systems out of equilibrium. Its time evolution is given in terms of the two-body density matrix, and thus the central challenge is to find approximations to the latter. An extra layer of difficulty is added when dealing with strong electron correlations. In this work, we explore precisely this regime by looking at the two-site Anderson impurity model as a case study. To address the system's dynamics, we use an adiabatic approximation based on the exact ground-state two-body density matrix. We find that this adiabatic extension does not reproduce the exact results even for a slow switch-on of the external perturbation, and we trace back this behavior to the lack of an accurate imaginary part of the adiabatic approximation to the two-body density matrix. The attempt to restore an approximate imaginary part through a Hilbert transform of the real part works well only for very short times, but quickly deteriorates for longer times, with the one-body density matrix being pushed out of its N-representability domain. Our results thus pose an important constraint on practical prescriptions to perform the time evolution of the one-body density matrix.

Published
2021

16. A quantum Monte Carlo study of systems with effective core potentials and node nonlinearities

Author

Haihan Zhou, Abdulgani Annaberdiyev, Anthony Scemama, Guangming Wang, Michel Caffarel, Lubos Mitas, Benjamin Kincaid, Department of Physics (NCSU), North Carolina State University [Raleigh] (NC State), University of North Carolina System (UNC)-University of North Carolina System (UNC), Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Reliability (computer networking), Quantum Monte Carlo, General Physics and Astronomy, FOS: Physical sciences, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Diffusion Monte Carlo, Physics - Chemical Physics, 0103 physical sciences, Point (geometry), Statistical physics, Physical and Theoretical Chemistry, Node Nonlinearity, Effective Core Potentials, Chemical Physics (physics.chem-ph), 010304 chemical physics, Basis (linear algebra), Chemistry, Function (mathematics), Computational Physics (physics.comp-ph), 021001 nanoscience & nanotechnology, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Node (circuits), T-moves, 0210 nano-technology, Physics - Computational Physics, Energy (signal processing)
Abstract

We study beryllium dihydride (BeH$_2$) and acetylene (C$_2$H$_2$) molecules using real-space diffusion Monte Carlo (DMC) method. The molecules serve as perhaps the simplest prototypes that illustrate the difficulties with biases in the fixed-node DMC calculations that might appear with the use of effective core potentials (ECPs) or other nonlocal operators. This is especially relevant for the recently introduced correlation consistent ECPs (ccECPs) for $2s2p$ elements. Corresponding ccECPs exhibit deeper potential functions due to higher fidelity to all-electron counterparts, which could lead to larger local energy fluctuations. We point out that the difficulties stem from issues that are straightforward to address by upgrades of basis sets, use of T-moves for nonlocal terms, inclusion of a few configurations into the trial function and similar. The resulting accuracy corresponds to the ccECP target (chemical accuracy) and it is in consistent agreement with independent correlated calculations. Further possibilities for upgrading the reliability of the DMC algorithm and considerations for better adapted and more robust Jastrow factors are discussed as well., Comment: 13 pages, 5 figures

Published
2022

17. COVID-19 impact on the international trade

Author

Coquidé, Célestin, Lages, José, Ermann, Leonardo, Shepelyansky, Dima L., Univers, Transport, Interfaces, Nanostructures, Atmosphère et environnement, Molécules (UMR 6213) (UTINAM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC), Comisión Nacional de Energía Atómica [ARGENTINA] (CNEA), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and ANR-17-EURE-0009,NanoX,Science et Ingénierie à l'Echelle Nano(2017)

Subjects
Physics - Physics and Society, Quantitative Finance - Statistical Finance, Computer Science - Social and Information Networks, [SHS.ECO]Humanities and Social Sciences/Economics and Finance
Abstract

Using the United Nations Comtrade database, we perform the Google matrix analysis of the multiproduct World Trade Network (WTN) for the years 2018-2020 comprising the emergence of the COVID-19 as a global pandemic. The applied algorithms -- the PageRank, the CheiRank and the reduced Google matrix -- take into account the multiplicity of the WTN links providing new insights on the international trade comparing to the usual import-export analysis. These algorithms establish new rankings and trade balances of countries and products considering every countries on equal grounds, independently of their wealth, and every products on the basis of their relative exchanged volumes. In comparison with the pre-COVID-19 period, significant changes in these metrics occur for the year 2020 highlighting a major rewiring of the international trade flows induced by the COVID-19 pandemic crisis. We define a new PageRank-CheiRank product trade balance, either export or import oriented, which is significantly perturbed by the pandemic., Comment: 22 pages, 2 tables, 13 figures, 2 appendices

Published
2022

18. Predictive model of fermionic dark matter halos with a quantum core and an isothermal atmosphere

Author

Chavanis, Pierre-Henri, Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Fermi gas, catastrophe theory, fermion, halo, fermion: mass, rotation, General Relativity and Quantum Cosmology, thermal, pressure, black hole, ground state, fermion: model, density, formation, critical phenomena, Pauli principle, gravitation: collapse, collapse, [PHYS.GRQC]Physics [physics]/General Relativity and Quantum Cosmology [gr-qc], dispersion, self-force, velocity, model: thermodynamical, FOS: Physical sciences, finite temperature, General Relativity and Quantum Cosmology (gr-qc), Astrophysics::Cosmology and Extragalactic Astrophysics, dark matter, dark matter: halo, velocity: dispersion, gas, thermodynamical, fermion: dark matter, surface, quasar, structure, universality, Pauli, AGN, solution, numerical calculations, equation of state, model, black hole: mass, stability, Navarro-Frenk-White profile, gravitation, [PHYS.HPHE]Physics [physics]/High Energy Physics - Phenomenology [hep-ph], atmosphere, hydrodynamics, mass, galaxy, specific heat, [PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph], entropy, statistical
Abstract

International audience; We develop a thermodynamical model of fermionic dark matter halos at finite temperature. Statistical equilibrium states may be justified by a process of violent collisionless relaxation in the sense of Lynden-Bell or from a collisional relaxation of nongravitational origin if the fermions are self-interacting. The most probable state (maximum entropy state) generically has a “core-halo” structure with a quantum core (fermion ball) surrounded by an isothermal atmosphere. The quantum core is equivalent to a polytrope of index n=3/2. The Pauli exclusion principle creates a quantum pressure that prevents gravitational collapse and solves the core-cusp problem of the cold dark matter model. The isothermal atmosphere (which is similar to the Navarro-Frenk-White profile of cold dark matter) accounts for the flat rotation curves of the galaxies at large distances. We numerically solve the equation of hydrostatic equilibrium with the Fermi-Dirac equation of state and determine the density profiles and rotation curves of fermionic dark matter halos. We impose that the surface density of the dark matter halos has the universal value Σ0=ρ0rh=141 M⊙/pc2 obtained from the observations. For a fermion mass m=165 eV/c2, the “minimum halo” has a mass (Mh)min=108 M⊙ and a radius (rh)min=597 pc similar to dwarf spheroidals like Fornax. This ultracompact halo corresponds to a completely degenerate fermion ball at T=0. This is the ground state of the self-gravitating Fermi gas. For ultracompact dark matter halos with a mass (Mh)min(Mh)CCP are dominated by the classical isothermal atmosphere. They may be purely gaseous (similar to the Burkert profile) or harbor a fermion ball. The gaseous solution is stable in all statistical ensembles. The core-halo solution is canonically unstable (having a negative specific heat) but, for small dark matter halos with a mass (Mh)CCP(Mh)MCP, the quantum core-halo solution is microcanonically unstable. Large dark matter halos may undergo a gravothermal catastrophe leading ultimately to the formation of a small out-of-equilibrium condensed core or, in the case of very large dark matter halos with Mh>MOV, to a supermassive black hole when the core mass overcomes the Oppenheimer-Volkoff (OV) limit. The isothermal halo is left undisturbed and is in agreement with the Burkert profile. Our model has no free parameter (the mass m=165 eV/c2 of the fermionic particle is determined by the minimum halo) so it is completely predictive. It predicts that the Milky Way should harbor a fermionic dark matter bulge of mass Mc=9.45×109 M⊙ and radius Rc=240 pc in possible agreement with the observations. We also consider another model involving a larger fermion mass m=54.6 keV/c2. In this model, a fermion ball of mass Mc=4.2×106 M⊙ and radius Rc=6×10-4 pc could mimic the effect of a supermassive black hole at the center of the Milky Way (Sagittarius A*). In bigger galaxies, the fermion ball should be replaced by a supermassive black hole of mass MBH=2.10×108 M⊙ which could account for active galactic nuclei. For an even larger fermion mass m=386 keV/c2, a supermassive black hole of mass MBH=4.2×106 M⊙ should be formed in the Milky Way instead of a fermion ball. However, models with a fermion mass m=54.6 keV/c2 predict that ultracompact dark matter halos of mass ∼108 M⊙ should contain a fermionic core of mass Mc∼104 M⊙ and radius Rc∼5 mpc similar to intermediate mass black holes, a prediction which may be challenged by observations.

Published
2022

19. Gapless quantum spin liquid and global phase diagram of the spin-1/2 J1-J2 square antiferromagnetic Heisenberg model

Author

Liu, Wen-Yuan, Gong, Shou-Shu, Li, Yu-Bin, Poilblanc, Didier, Chen, Wei-Qiang, Gu, Zheng-Cheng, Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
deconfinement, Frustrated magnets, FOS: Physical sciences, collinear, Heisenberg model, Quantum spin liquid, spin, Superconductivity (cond-mat.supr-con), Condensed Matter - Strongly Correlated Electrons, solids, benchmark, effective field theory, Tensor network state, site, [INFO]Computer Science [cs], liquid, Deconfined quantum critical point, density matrix, lattice, Quantum Physics, Strongly Correlated Electrons (cond-mat.str-el), Condensed Matter - Superconductivity, critical phenomena, Computational Physics (physics.comp-ph), magnet, [PHYS.PHYS.PHYS-GEN-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/General Physics [physics.gen-ph], correlation, network, many-body problem, Condensed Matter::Strongly Correlated Electrons, renormalization group, [PHYS.COND.CM-SCE]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Strongly Correlated Electrons [cond-mat.str-el], Quantum Physics (quant-ph), entanglement, Physics - Computational Physics
Abstract

International audience; The nature of the zero-temperature phase diagram of the spin-1/2J1-J2 Heisenberg model on a square lattice has been debated in the past three decades, and it remains one of the fundamental problems unsettled in the study of quantum many-body theory. By using the state-of-the-art tensor network method, specifically, the finite projected entangled pair state (PEPS) algorithm, to simulate the global phase diagram of the J1-J2 Heisenberg model up to 24×24 sites, we provide very solid evidences to show that the nature of the intermediate nonmagnetic phase is a gapless quantum spin liquid (QSL), whose spin-spin and dimer-dimer correlations both decay with a power law behavior. There also exists a valence-bond solid (VBS) phase in a very narrow region 0.56≲J2/J1≤0.61 before the system enters the well known collinear antiferromagnetic phase. We stress that we make the first detailed comparison between the results of PEPS and the well-established density matrix renormalization group (DMRG) method through one-to-one direct benchmark for small system sizes, and thus give rise to a very solid PEPS calculation beyond DMRG. Our numerical evidences explicitly demonstrate the huge power of PEPS for highly frustrated spin systems. Finally, an effective field theory is also proposed to understand the physical nature of the discovered gapless QSL and its relation to deconfined quantum critical point (DQCP).

Published
2022

20. Harmonic structures of Beethoven quartets: a complex network approach

Author

Theo Frottier, Bertrand Georgeot, Olivier Giraud, Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique Théorique et Modèles Statistiques (LPTMS), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[PHYS]Physics [physics], Social and Information Networks (cs.SI), FOS: Computer and information sciences, Physics - Physics and Society, FOS: Physical sciences, [INFO]Computer Science [cs], Computer Science - Social and Information Networks, Physics and Society (physics.soc-ph), Condensed Matter Physics, [SHS]Humanities and Social Sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials
Abstract

We propose a complex network approach to the harmonic structure underpinning western tonal music. From a database of Beethoven's string quartets, we construct a directed network whose nodes are musical chords and edges connect chords following each other. We show that the network is scale-free and has specific properties when ranking algorithms are applied. We explore its community structure and its musical interpretation, and propose statistical measures stemming from network theory allowing to distinguish stylistically between periods of composition. Our work opens the way to a network approach of structural properties of tonal harmony., Comment: 7 pages, 7 figures

Published
2022
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21. Estimation of linear operators from scattered impulse responses

Author

Paul Escande, Jérémie Bigot, Pierre Weiss, Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Département d'Ingénierie des Systèmes Complexes (DISC), Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-SUPAERO), Institut des Technologies Avancées en sciences du Vivant (ITAV), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Mathématiques de Toulouse UMR5219 (IMT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), MODIM PRES ToulouseOPTIMUS RITC Toulouse, Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Bordeaux INP - BINP (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse - INSA (FRANCE), Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace - ISAE-SUPAERO (FRANCE), Université de Bordeaux 1 (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université Toulouse - Jean Jaurès - UT2J (FRANCE), Université Toulouse 1 Capitole - UT1 (FRANCE), Université de Bordeaux 2 - Victor Segalen (FRANCE), Université de Bordeaux (FRANCE), PRIMO (ITAV), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut des Technologies Avancées en sciences du Vivant (ITAV), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut des Technologies Avancées en sciences du Vivant (ITAV)

Subjects
FOS: Computer and information sciences, 47A58, 41A15, 41A25, 68W25, 62H12, 65T60, 94A20, 010103 numerical & computational mathematics, Impulse (physics), Estimator, 01 natural sciences, estimator, Radial basis functions, convergence rate, Operator (computer programming), Autre, [MATH.MATH-ST]Mathematics [math]/Statistics [math.ST], Scattered approximation, Radial basis function, Minimax, 41A25, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Mathematics, AMS classifications: 47A58, Applied Mathematics, radial basis functions, Numerical Analysis (math.NA), Rate of convergence, [INFO.INFO-IT]Computer Science [cs]/Information Theory [cs.IT], symbols, 62H12, [SPI.SIGNAL]Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing, [MATH.MATH-NA]Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA], Smoothing, minimax, Computer Science - Information Theory, 65T60, Mathematics - Statistics Theory, Statistics Theory (math.ST), symbols.namesake, numerical, FOS: Mathematics, Applied mathematics, Mathematics - Numerical Analysis, 0101 mathematics, Numerical complexity, Reproducing Kernel Hilbert Spaces, Information Theory (cs.IT), 010102 general mathematics, Integral operator, Hilbert space, [MATH.MATH-IT]Mathematics [math]/Information Theory [math.IT], scattered approximation, 68W25, 94A20, Convergence rate, complexity, 41A15
Abstract

International audience; We provide a new estimator of integral operators with smooth kernels, obtained from a set of scattered and noisy impulse responses. The proposed approach relies on the formalism of smoothing in reproducing kernel Hilbert spaces and on the choice of an appropriate regularization term that takes the smoothness of the operator into account. It is numerically tractable in very large dimensions. We study the estimator's robustness to noise and analyze its approximation properties with respect to the size and the geometry of the dataset. In addition, we show minimax optimality of the proposed estimator.

Published
2019

22. Fibrosis Protein-Protein Interactions from Google Matrix Analysis of MetaCore Network

Author

Ekaterina Kotelnikova, Klaus M. Frahm, Dima L. Shepelyansky, Oksana Kunduzova, Information et Chaos Quantiques (LPT), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INSERM UMR-1048, Institut de Médecine Moléculaire de Rangueil, Bât L3, CHU Rangueil 1, Av. J. Poulhès, 31403, Toulouse Cedex 4, Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de médecine moléculaire de Rangueil (I2MR), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)- Institut Fédératif de Recherche Bio-médicale Institution (IFR150)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), and ANR-17-EURE-0009,NanoX,Science et Ingénierie à l'Echelle Nano(2017)

Subjects
[SDV.BIO]Life Sciences [q-bio]/Biotechnology, QH301-705.5, protein–protein interactions, 01 natural sciences, fibrosis, Markov chains, Google matrix, directed networks, Article, Catalysis, Inorganic Chemistry, Mice, 03 medical and health sciences, 0103 physical sciences, Animals, Humans, Protein Interaction Maps, Physical and Theoretical Chemistry, Biology (General), 010306 general physics, Molecular Biology, QD1-999, Spectroscopy, 030304 developmental biology, Heart Failure, 0303 health sciences, Ventricular Remodeling, Myocardium, Organic Chemistry, General Medicine, 3. Good health, Computer Science Applications, Search Engine, Chemistry, Algorithms
Abstract

International audience; Protein–protein interactions is a longstanding challenge in cardiac remodeling processes and heart failure. Here, we use the MetaCore network and the Google matrix algorithms for prediction of protein–protein interactions dictating cardiac fibrosis, a primary cause of end-stage heart failure. The developed algorithms allow identification of interactions between key proteins and predict new actors orchestrating fibroblast activation linked to fibrosis in mouse and human tissues. These data hold great promise for uncovering new therapeutic targets to limit myocardial fibrosis.

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2021
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23. Characterization of an atom interferometer in the quasi-Bragg regime

Author

A. Béguin, T. Rodzinka, J. Vigué, B. Allard, A. Gauguet, Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité (LCAR), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and ANR-19-CE47-0002,TANAI,Test de la neutralité atomique par interférométrie atomique(2019)

Subjects
Condensed Matter::Quantum Gases, velocity, Quantum Physics, Atomic Physics (physics.atom-ph), interferometer, atom, diffraction, FOS: Physical sciences, Physics::Optics, [PHYS.PHYS.PHYS-GEN-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/General Physics [physics.gen-ph], Physics - Atomic Physics, phase shift, [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], optical, Schroedinger equation, Quantum Physics (quant-ph), experimental results, lattice
Abstract

International audience; We provide a comprehensive study of ultracold-atom diffraction by an optical lattice. We focus on an intermediate regime between the Raman-Nath and Bragg regimes, the so-called quasi-Bragg regime. The experimental results are in good agreement with a full numerical integration of the Schrödinger equation. We investigate the long-pulse regime limited by a strong velocity selection and the short-pulse regime limited by “nonadiabatic losses.” For each of these regimes, we estimate the multiport features of the Bragg interferometers. Finally, we discuss the best compromise between these two regimes, considering the diffraction phase shift and the existence of parasitic interferometers.

Published
2021

24. Collision-induced dissociation of protonated uracil water clusters probed by molecular dynamics simulations

Author

Linjie Zheng, Jean-Marc L'Hermite, Mathias Rapacioli, Jérôme Cuny, Sébastien Zamith, Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité (LCAR), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Modélisation, Agrégats, Dynamique (LCPQ) (MAD), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Agrégats (LCAR), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)

Subjects
Collision-induced dissociation, Proton, Chemistry, 010401 analytical chemistry, fungi, education, [PHYS.PHYS.PHYS-ATM-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atomic and Molecular Clusters [physics.atm-clus], General Physics and Astronomy, food and beverages, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Dissociation (chemistry), 0104 chemical sciences, Molecular dynamics, Fragmentation (mass spectrometry), Chemical physics, Atom, Mass spectrum, Molecule, Physical and Theoretical Chemistry, 0210 nano-technology, health care economics and organizations
Abstract

Collision-induced dissociation experiments of hydrated molecular species can provide a wealth of important information. However, they often need a theoretical support to extract chemical information. In the present article, in order to provide a detailed description of recent experimental measurements [Braud et al., J. Chem. Phys. 2019, 150, 014303], collision simulations between lowenergy protonated uracil water clusters (H2O)1−7,11,12UH+ and an Ar atom were performed with the self-consistent-charge density-functional based tight-binding method. The theoretical proportion of formed neutral vs. protonated uracil containing clusters, total fragmentation cross sections as well as the mass spectra of charged fragments are consistent with the experimental data which highlights the accuracy of the present simulations. They allow to probe which fragments are formed on the short time scale and rationalize the location of the excess proton on these fragments. We demonstrate that this latter property is highly influenced by the nature of the aggregate undergoing the collision. Analyses of the time evolution of the fragments populations and of their relative abundances demonstrate that, up to 7 water molecules, a shattering mechanism occurs after collision whereas for 11 and 12 water molecules a statistical mechanism is more likely to participate. Although scarce in the literature, the present simulations appear as a useful tool to complement collision-induced dissociation experiments of hydrated molecular species.

Published
2021

25. A micromagnetic theory of skyrmion lifetime in ultrathin ferromagnetic films

Author

Anne Bernand-Mantel, Cyrill B. Muratov, Valeriy V. Slastikov, Nanomagnétisme (LPCNO), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Department of Mathematical Sciences [Newark, NJ] (NJIT), Rutgers, The State University of New Jersey [New Brunswick] (RU), Rutgers University System (Rutgers)-Rutgers University System (Rutgers), School of Mathematics [Bristol], University of Bristol [Bristol], Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Condensed Matter - Materials Science, Condensed Matter::Materials Science, Multidisciplinary, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), FOS: Physical sciences, Condensed Matter::Strongly Correlated Electrons, Pattern Formation and Solitons (nlin.PS), Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, Nonlinear Sciences - Pattern Formation and Solitons
Abstract

We use the continuum micromagnetic framework to derive the formulas for compact skyrmion lifetime due to thermal noise in ultrathin ferromagnetic films with relatively weak interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction. In the absence of a saddle point connecting the skyrmion solution to the ferromagnetic state, we interpret the skyrmion collapse event as ``capture by an absorber'' at microscale. This yields an explicit Arrhenius collapse rate with both the barrier height and the prefactor as functions of all the material parameters, as well as the dynamical paths to collapse., Comment: 6 pages, 1 figure

Published
2021

26. Molecular Tuning of Actin Dynamics in Leukocyte Migration as Revealed by Immune-Related Actinopathies

Author

Anton Kamnev, Claire Lacouture, Mathieu Fusaro, Loïc Dupré, Medizinische Universität Wien = Medical University of Vienna, Ludwig Boltzmann Institute for Rare and Undiagnosed Diseases (LBI-RUD), Institut Toulousain des Maladies Infectieuses et Inflammatoires (Infinity), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Physique Statistique des Systèmes Complexes (LPT) (PhyStat), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Elefantis, Nicolas, Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Leukocyte migration, inborn errors of immunity, cell migration, leukocytes, [PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph], Immunology, Motility, Context (language use), Review, Biology, Immune system, Cell Movement, Animals, Humans, Immunology and Allergy, actin regulators, chemotaxis, Cytoskeleton, Actin, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, IEI, [PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH] Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph], Cell migration, cytoskeleton, RC581-607, biochemical phenomena, metabolism, and nutrition, Actin cytoskeleton, Actins, Cell biology, bacteria, Immunologic diseases. Allergy, actin
Abstract

International audience; Motility is a crucial activity of immune cells allowing them to patrol tissues as they differentiate, sample or exchange information, and execute their effector functions. Although all immune cells are highly migratory, each subset is endowed with very distinct motility patterns in accordance with functional specification. Furthermore individual immune cell subsets adapt their motility behaviour to the surrounding tissue environment. This review focuses on how the generation and adaptation of diversified motility patterns in immune cells is sustained by actin cytoskeleton dynamics. In particular, we review the knowledge gained through the study of inborn errors of immunity (IEI) related to actin defects. Such pathologies are unique models that help us to uncover the contribution of individual actin regulators to the migration of immune cells in the context of their development and function.

Published
2021

27. Collisional effects in the blue wing of the Balmer-alpha line

Author

S. Bourdreux, John F. Kielkopf, N. F. Allard, Fernand Spiegelman, Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation (GEPI), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d'Astrophysique de Paris (IAP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), University of Louisville, Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
FOS: Physical sciences, Alpha (ethology), Astrophysics, Astrophysics::Cosmology and Extragalactic Astrophysics, 01 natural sciences, spectrum, symbols.namesake, star, 0103 physical sciences, Astrophysics::Solar and Stellar Astrophysics, 010306 general physics, white dwarf, 010303 astronomy & astrophysics, Solar and Stellar Astrophysics (astro-ph.SR), Astrophysics::Galaxy Astrophysics, Line (formation), Physics, Wing, [SDU.ASTR.SR]Sciences of the Universe [physics]/Astrophysics [astro-ph]/Solar and Stellar Astrophysics [astro-ph.SR], Balmer series, Astronomy and Astrophysics, Astrophysics - Solar and Stellar Astrophysics, 13. Climate action, Space and Planetary Science, symbols, spectral line
Abstract

In order to investigate the near wing of the Lyman-alpha line, accurate line profile calculations and molecular data are both required due to the existence of a close line satellite responsible for its asymmetrical shape. Lyman-alpha lines observed with the Cosmic Origin Spectograph (COS) on the Hubble Space Telescope ( HST) show this peculiarity in the spectra of DBA and DA white dwarf stars. A similar asymmetrical shape in the blue wing can be predicted in the Balmer-alpha line of H perturbed by He and H atoms. In continuation with a very recent work on the Lyman-alpha line, where the n=2 potential energies and transition dipole moments from the ground state were determined, we present new accurate H-He potential energies and electronic transition dipole moments involving the molecular states correlated with H(n=3)+He and their transition dipole moments with the states correlated with H(n=2)+He. Those new data and existing molecular data for H(n=2,3)-H are used to provide a theoretical investigation of the collisional effects in the blue wing of the Balmer-alpha line of H perturbed by He and H atoms. We note the consequences for the Balmer-alpha line shape in the physical conditions found in the cool atmosphere of DZA white dwarfs where helium densities may be as high as 10^21 cm-3. This study is undertaken with a unified theory of spectral line broadening valid at very high helium densities., 9 pages, 12 figures

Published
2021

28. Taming the Time Evolution in Overdamped Systems: Shortcuts Elaborated from Fast-Forward and Time-Reversed Protocols

Author

Antonio Prados, Emmanuel Trizac, David Guéry-Odelin, Carlos A. Plata, Laboratoire de Physique Théorique et Modèles Statistiques (LPTMS), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Fisica Teorica, Universidad de Sevilla, Atomes Froids (LCAR), Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité (LCAR), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-18-CE30-0013,STATE,Raccourcis à l'adiabaticité : aspects expérimentaux et théoriques(2018), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear, Agence Nationale de la Recherche. France, and Ministerio de Ciencia e Innovación (MICIN). España

Subjects
Work (thermodynamics), Statistical Mechanics (cond-mat.stat-mech), Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, Computer science, Connection (vector bundle), Time evolution, FOS: Physical sciences, General Physics and Astronomy, Topology, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, Arrow of time, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), 0103 physical sciences, [PHYS.COND.CM-SM]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Statistical Mechanics [cond-mat.stat-mech], 010306 general physics, Protocol (object-oriented programming), Condensed Matter - Statistical Mechanics, Brownian motion, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

Using a reverse-engineering approach on the time-distorted solution in a reference potential, we work out the external driving potential to be applied to a Brownian system in order to slow or accelerate the dynamics, or even to invert the arrow of time. By welding a direct and time-reversed evolution towards a well chosen common intermediate state, we derive analytically a smooth protocol to connect two \emph{arbitrary} states in an arbitrarily short amount of time. Not only does the reverse-engineering approach proposed in this Letter contain the current -- rather limited -- catalogue of explicit protocols but it also provides a systematic strategy to build the connection between arbitrary states with a physically admissible driving. Optimization and further generalizations are also discussed., 6 pages+supplemental material; accepted for publication in Physical Review Letters

Published
2021

29. Probing Chirality across the Electromagnetic Spectrum with the Full Semi-classical Light--Matter Interaction

Author

Martin van Horn, Trond Saue, Nanna Holmgaard List, Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), School of Engineering Sciences in Chemistry, Biotechnology and Health [Stockholm] (CBH), and Royal Institute of Technology [Stockholm] (KTH )

Subjects
Physics, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Field (physics), Operator (physics), Quantum electrodynamics, Isotropy, General Physics and Astronomy, Spin–orbit interaction, Physical and Theoretical Chemistry, Relativistic quantum chemistry, Multipole expansion, Circular polarization, Gauge fixing
Abstract

International audience; We present a formulation and implementation of anisotropic and isotropic electronic circular dichroism (ECD) using the full semi-classical light--matter interaction operator within a four-component relativistic framework. The account of both beyond-first-order light--matter interactions and relativistic effects allows us to investigate the ECD response across the electromagnetic spectrum from optical to X-ray wavelengths where relativistic selection rules and spatial field variations gain increasing importance. We consider the isotropic and oriented ECD across the valence, sulfur L- and K-edge transitions in the simplest disulfides, H2S2 and (CH3S)2, and evaluate the influence of the full interaction by comparing to a traditional truncated formulation in the Coulomb gauge (velocity representation). Additionally, we demonstrate that in the relativistic formalism it is possible to work in the velocity representation, hence keeping order-by-order gauge-origin invariance, contrary to multipolar gauge, yet being able to distinguish electric and magnetic multipole contributions. Going beyond a first-order treatment in the wave vector is mandatory in the higher-energy end of the soft X-ray region where the consequent intensity redistribution becomes significant. While the sulfur K-edge absorption spectrum is essentially unaffected by this redistribution, the signed differential counterpart is not: at least third-order contributions are required to describe the differential absorption profile that is otherwise overestimated by a factor of about two.

Published
2021

30. Accurate full configuration interaction correlation energy estimates for five- and six-membered rings

Author

Yann Damour, Anthony Scemama, Mickaël Véril, Denis Jacquemin, Michel Caffarel, F. Kossoski, Pierre-François Loos, Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), European Project: 863481,PTEROSOR, European Project: 95216,TREX, Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)

Subjects
Work (thermodynamics), Nuclear Theory, FOS: Physical sciences, General Physics and Astronomy, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Full configuration interaction, Quantum chemistry, Molecular physics, Nuclear Theory (nucl-th), Pyridazine, Condensed Matter - Strongly Correlated Electrons, chemistry.chemical_compound, Physics - Chemical Physics, 0103 physical sciences, Limit (mathematics), Physical and Theoretical Chemistry, Basis set, Chemical Physics (physics.chem-ph), Physics, Quantum Physics, Strongly Correlated Electrons (cond-mat.str-el), 010304 chemical physics, Series (mathematics), Computational Physics (physics.comp-ph), Configuration interaction, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, chemistry, Quantum Physics (quant-ph), Physics - Computational Physics
Abstract

Following our recent work on the benzene molecule [\href{https://doi.org/10.1063/5.0027617}{J.~Chem.~Phys.~\textbf{153}, 176101 (2020)}], itself motivated by the blind challenge of Eriksen \textit{et al.} [\href{https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c02621}{J.~Phys.~Chem.~Lett.~\textbf{11}, 8922 (2020)}] on the same system, we report accurate full configuration interaction (FCI) frozen-core correlation energy estimates for twelve five- and six-membered ring molecules in the standard correlation-consistent double-$\zeta$ Dunning basis set (cc-pVDZ). Our FCI correlation energy estimates, with estimated error smaller than 1 millihartree, are based on energetically optimized-orbital selected configuration interaction (SCI) calculations performed with the \textit{Configuration Interaction using a Perturbative Selection made Iteratively} (CIPSI) algorithm. Having at our disposal these accurate reference energies, the respective performance and convergence properties of several popular and widely-used families of single-reference quantum chemistry methods are investigated. In particular, we study the convergence properties of i) the M{\o}ller-Plesset perturbation series up to fifth-order (MP2, MP3, MP4, and MP5), ii) the iterative approximate coupled-cluster series CC2, CC3, and CC4, and iii) the coupled-cluster series CCSD, CCSDT, and CCSDTQ. The performance of the ground-state gold standard CCSD(T) as well as the completely renormalized CC model, CR-CC(2,3), are also investigated., Comment: 13 pages, 5 figures

Published
2021

31. Competition between Born solvation, dielectric exclusion, and Coulomb attraction in spherical nanopores

Author

Manoel Manghi, Théo Hennequin, John Palmeri, Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Charles Coulomb (L2C), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-18-CE09-0011,IONESCO,Couplage entre transports ionique et électronique dans les nanotubes de carbone mono-feuillets(2018), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Grand potential, Phase transition, Physics::Optics, FOS: Physical sciences, 02 engineering and technology, Dielectric, Condensed Matter - Soft Condensed Matter, 01 natural sciences, Ion, Quantitative Biology::Subcellular Processes, Condensed Matter::Materials Science, 0103 physical sciences, Coulomb, [PHYS.COND.CM-SM]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Statistical Mechanics [cond-mat.stat-mech], 010306 general physics, Condensed Matter - Statistical Mechanics, Phase diagram, Physics, Physics::Biological Physics, Quantitative Biology::Biomolecules, Statistical Mechanics (cond-mat.stat-mech), Condensed matter physics, Solvation, Center (category theory), 021001 nanoscience & nanotechnology, Soft Condensed Matter (cond-mat.soft), 0210 nano-technology, [PHYS.COND.CM-SCM]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Soft Condensed Matter [cond-mat.soft]
Abstract

The recent measurement of a very low dielectric constant, $\epsilon$, of water confined in nanometric slit pores leads us to reconsider the physical basis of ion partitioning into nanopores. For confined ions in chemical equilibrium with a bulk of dielectric constant $\epsilon_b>\epsilon$, three physical mechanisms, at the origin of ion exclusion in nanopores, are expected to be modified due to this dielectric mismatch: dielectric exclusion at the water-pore interface (with membrane dielectric constant, $\epsilon_m, Comment: Supplemental Material on demand

Published
2021

32. Scrutinizing GW-Based Methods Using the Hubbard Dimer

Author

S. Di Sabatino, P.-F. Loos, P. Romaniello, Systèmes de Fermions Finis - Agrégats (LPT), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), ANR-17-EURE-0009,NanoX,Science et Ingénierie à l'Echelle Nano(2017), ANR-18-CE30-0025,PhemSpec,Spectres de photoémission de Quantum Monte Carlo et de la théorie des perturbations à plusieurs corps: le meilleur des deux mondes(2018), European Project: 863481,PTEROSOR, Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI)

Subjects
GW approximation, Trace (linear algebra), FOS: Physical sciences, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, Condensed Matter - Strongly Correlated Electrons, Physics - Chemical Physics, Quantum mechanics, hubbard dimer, 0103 physical sciences, Singlet state, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], 010306 general physics, QD1-999, Plasmon, Original Research, Chemical Physics (physics.chem-ph), Physics, Condensed Matter - Materials Science, Range (particle radiation), Strongly Correlated Electrons (cond-mat.str-el), Spectrum (functional analysis), Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), General Chemistry, Computational Physics (physics.comp-ph), adiabatic-connection fluctuation-dissipation theorem, bethe-salpter equation, trace formula, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Chemistry, Quasiparticle, multiple quasiparticle solutions, GW, Physics - Computational Physics, Excitation
Abstract

Using the simple (symmetric) Hubbard dimer, we analyze some important features of the $GW$ approximation. We show that the problem of the existence of multiple quasiparticle solutions in the (perturbative) one-shot $GW$ method and its partially self-consistent version is solved by full self-consistency. We also analyze the neutral excitation spectrum using the Bethe-Salpeter equation (BSE) formalism within the standard $GW$ approximation and find, in particular, that i) some neutral excitation energies become complex when the electron-electron interaction $U$ increases, which can be traced back to the approximate nature of the $GW$ quasiparticle energies; ii) the BSE formalism yields accurate correlation energies over a wide range of $U$ when the trace (or plasmon) formula is employed; iii) the trace formula is sensitive to the occurrence of complex excitation energies (especially singlet), while the expression obtained from the adiabatic-connection fluctuation-dissipation theorem (ACFDT) is more stable (yet less accurate); iv) the trace formula has the correct behavior for weak (\ie, small $U$) interaction, unlike the ACFDT expression., Comment: 12 pages, 4 figures

Published
2021

33. A geometrical description of the universal $1 \rightarrow 2$ asymmetric quantum cloning region

Author

Ion Nechita, Denis Rochette, Clément Pellegrini, Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Mathématiques de Toulouse UMR5219 (IMT), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-20-CE40-0024,QTraj,Trajectoires quantiques(2020), and ANR-20-CE47-0014,ESQuisses,Évolutions Stochastiques Quantiques(2020)

Subjects
[MATH.MATH-OA]Mathematics [math]/Operator Algebras [math.OA], [PHYS.MPHY]Physics [physics]/Mathematical Physics [math-ph], FOS: Physical sciences, Ellipse, [MATH.MATH-FA]Mathematics [math]/Functional Analysis [math.FA], 01 natural sciences, Theoretical Computer Science, 010309 optics, Theoretical physics, [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], Clone (algebra), Quantum state, [MATH.MATH-MP]Mathematics [math]/Mathematical Physics [math-ph], 0103 physical sciences, [MATH.MATH-CO]Mathematics [math]/Combinatorics [math.CO], Figure of merit, Electrical and Electronic Engineering, 010306 general physics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Quantum computer, Physics, Quantum Physics, Cloning (programming), Statistical and Nonlinear Physics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, [MATH.MATH-PR]Mathematics [math]/Probability [math.PR], Quantum cryptography, Modeling and Simulation, Signal Processing, [MATH.MATH-QA]Mathematics [math]/Quantum Algebra [math.QA], Quantum cloning, Quantum Physics (quant-ph)
Abstract

We consider the problem of determining the achievable region of the universal $$1 \rightarrow 2$$ asymmetric quantum cloning problem. This concerns the quantum cloning of any quantum state to two approximate clones of different qualities. Measuring the cloning performance with the probabilities of the mixed clone states as the figure of merit, we show that the physical region is a union of ellipses in the plane. The study of these regions has consequences for the eavesdropping on quantum cryptography, and a wide variety of tasks. Equivalently, we characterize the region of quantum-state compatibility of two possibly different isotropic states, considering, for the first time, negative figures of merit.

Published
2021

34. Damping of a pendulum: An experimental test of the Stokesian unsteady friction force on a cylinder

Author

Gilles Dolfo, J. Vigué, D. Lhuillier, Interférométrie (LCAR), Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité (LCAR), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Jean Le Rond d'Alembert (DALEMBERT), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Fluid Flow and Transfer Processes, Physics, [PHYS.PHYS.PHYS-CLASS-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Classical Physics [physics.class-ph], Oscillation, Computational Mechanics, Pendulum, Time constant, Reynolds number, Mechanics, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, Physics::Fluid Dynamics, Nonlinear system, symbols.namesake, Amplitude, Modeling and Simulation, 0103 physical sciences, symbols, Cylinder, Sensitivity (control systems), 010306 general physics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

In 1851, Stokes (in insert) calculated the friction force on a cylinder in oscillating motion, neglecting the nonlinear term of the Navier-Stokes equation, an approximation valid for vanishing values of the Reynolds number Re. Previous tests were performed with Reg0.1 and frequently with Re>>1. We have measured the oscillation of a macroscopic gravity pendulum. Our position detector with a submicrometer sensitivity enables us to record very small oscillation amplitudes, corresponding to Re=0.0002. The friction force deduced from the damping time constant is in very good agreement with Stokes' calculation.

Published
2021

35. A Mountaineering Strategy to Excited States: Highly-Accurate Energies and Benchmarks for Bicyclic Systems

Author

Loos, Pierre-François, Jacquemin, Denis, Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Chimie Et Interdisciplinarité : Synthèse, Analyse, Modélisation (CEISAM), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), European Project: 863481,PTEROSOR, Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), and Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)

Subjects
Chemical Physics (physics.chem-ph), Condensed Matter - Materials Science, 010304 chemical physics, Bicyclic molecule, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), FOS: Physical sciences, Azulene, Computational Physics (physics.comp-ph), 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Molecular physics, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, chemistry.chemical_compound, Quinoxaline, chemistry, Excited state, Physics - Chemical Physics, 0103 physical sciences, Physical and Theoretical Chemistry, Phthalazine, Wave function, Physics - Computational Physics, Tetrathiafulvalene, Excitation
Abstract

Pursuing our efforts to define highly-accurate estimates of the relative energies of excited states in organic molecules, we investigate, with coupled-cluster methods including iterative triples (CC3 and CCSDT), the vertical excitation energies of 10 bicyclic molecules (azulene, benzoxadiazole, benzothiadiazole, diketopyrrolopyrrole, fuofuran, phthalazine, pyrrolopyrrole, quinoxaline, tetrathiafulvalene, and thienothiophene). In total, we provide \emph{aug}-cc-pVTZ reference vertical excitation energies for 91 excited states of these relatively large systems. We use these reference values to benchmark various wave function methods, i.e., CIS(D), EOM-MP2, CC2, CCSD, STEOM-CCSD, CCSD(T)(a)*, CCSDR(3), CCSDT-3, ADC(2), ADC(2.5), ADC(3), as well as some spin-scaled variants of both CC2 and ADC(2). These results are compared to those obtained previously on smaller molecules. It turns out that while the accuracy of some methods is almost unaffected by system size, e.g., CIS(D) and CC3, the performance of others can significantly deteriorate as the systems grow, e.g., EOM-MP2 and CCSD, whereas others, e.g., ADC(2) and CC2, become more accurate for larger derivatives., 19 pages, 2 figures

Published
2021

36. Phenyl-pyta-tricarbonylrhenium(I) complexes: combining a simplified structure and steric hindrance to modulate the photoluminescence properties

Author

Nathalie Saffon-Merceron, Eric Benoist, Béatrice Delavaux-Nicot, Nadine Leygue, Fabienne Alary, Alexandre Poirot, Corinne Vanucci-Bacqué, Florence Bedos-Belval, Suzanne Fery-Forgues, Synthèse et Physico-Chimie de Molécules d'Intérêt Biologique (SPCMIB), Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de chimie de coordination (LCC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Steric effects, Photoluminescence, Phosphorescence, Substituent, 02 engineering and technology, Benzoxazole, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Photochemistry, 01 natural sciences, Fluorescence, DFT, 0104 chemical sciences, Inorganic Chemistry, chemistry.chemical_compound, Rhenium, chemistry, Electrochemical properties, Crystal, Phenyl group, [CHIM]Chemical Sciences, 0210 nano-technology, Luminescence, Mechanoresponsive luminescence
Abstract

International audience; Strongly luminescent tricarbonylrhenium(I) complexes are promising candidates in the field of optical materials. In this study, three new complexes bearing a 3-(2-pyridyl)-1,2,4-triazole (pyta) bidentate ligand with an appended phenyl group were obtained in very good yields owing to an optimized synthetic procedure. The first member of this series, i.e. complex 1, was compared with the previously studied complex RePBO to understand the influence of the fluorescent benzoxazole unit grafted on the phenyl ring. Then, to gauge the effect of steric hindrance on the luminescence properties, the phenyl group of complex 1 was substituted in the para position by a bulky tert-butyl group or an adamantyl moiety, affording complexes 2 and 3, respectively. The results of theoretical calculations indicated that these complexes were quite similar from an electronic point of view, as evidenced by the electrochemical study. In dichloromethane solution, under excitation in the UV range, all the complexes emitted weak phosphorescence in the red region. In the solid state, they could be excited in the blue region of the visible spectrum and they emitted strong yellow light. The photoluminescence quantum yield was markedly increased with raising the size of the substituent, passing from 0.42 for 1 to 0.59 for 3. The latter complex also exhibited clear waveguiding properties, unprecedented for rhenium complexes. From this point of view, these easy-synthesized and spectroscopically attractive complexes constitute a new generation of emitters for use in imaging applications and functional materials. However, the comparison with RePBO showed that the presence of the benzoxazole group leads to unsurpassed mechanoresponsive luminescence (MRL) properties, due to the involvement of a unique photophysical mechanism that takes place only in this type of complex.

Published
2021

37. The impact of individual perceptual and cognitive factors on collective states in a data-driven fish school model

Author

Ramón Escobedo, Zhangang Han, Stéphane Sanchez, Clément Sire, Guy Theraulaz, Weijia Wang, Centre de Recherches sur la Cognition Animale - UMR5169 (CRCA), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre de Biologie Intégrative (CBI), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Beijing Normal University (BNU), Real Expression Artificial Life (IRIT-REVA), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Physique Statistique des Systèmes Complexes (LPT) (PhyStat), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sire, Clément, Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre de Biologie Intégrative (CBI), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Collective behavior, [PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph], media_common.quotation_subject, [SDV.NEU.PC] Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]/Psychology and behavior, Models, Biological, Motion (physics), Data-driven, [PHYS.COND.CM-SM] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Statistical Mechanics [cond-mat.stat-mech], Cognition, Group cohesiveness, Perception, Animals, [PHYS.COND.CM-SM]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Statistical Mechanics [cond-mat.stat-mech], Social Behavior, Swimming, media_common, Schools, Behavior, Animal, [SDV.NEU.PC]Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]/Psychology and behavior, [PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH] Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph], Characidae, Attraction, %22">Fish , Psychology, Cognitive psychology
Abstract

In moving animal groups, social interactions play a key role in the ability of individuals to achieve coordinated motion. However, a large number of environmental and cognitive factors are able to modulate the expression of these interactions and the characteristics of the collective movements that result from these interactions. Here, we use a data-driven fish school model (Caloviet al., 2018; Leiet al., 2020) to quantitatively investigate the impact of perceptual and cognitive factors on coordination and collective swimming patterns. The model describes the interactions involved in the coordination of burst-and-coast swimming in groups ofHemigrammus rhodostomus. We perform a comprehensive investigation of the respective impacts of two interactions strategies between fish based on the selection of the most or the two most influential neighbors, of the range and intensity of social interactions, of the intensity of individual random behavioral fluctuations, and of the group size, on the ability of groups of fish to coordinate their movements. We find that fish are able to coordinate their movements when they interact with their most or two most influential neighbors, provided that a minimal level of attraction between fish exist to maintain group cohesion. A minimal level of alignment is also required to allow the formation of schooling and milling. However, increasing the strength of social interactions does not necessarily enhance group cohesion and coordination. When attraction and alignment strengths are too high, or when the heading random fluctuations are too large, schooling and milling can no longer be maintained and the school switches to a swarming phase. Increasing the interaction range between fish has a similar impact on collective dynamics as increasing the strengths of attraction and alignment. Finally, we find that coordination and schooling occurs for a wider range of attraction and alignment strength in small group sizes.Author SummaryIn fish schools, social interactions allow individuals to coordinate their movements and their modulation shape the emergent patterns of collective behavior. Here, we use a data-driven fish school model to investigate the impact of perceptual and cognitive factors on collective swimming patterns in the rummy-nose tetra (H. rhodostomus). In this species, fish only pay attention to one or two neighbors that exert the largest influence on their behavior and the interactions consist for a fish to be attracted and aligned with these neighbors. We show that there must exist a minimum level of alignment and attraction between fish to maintain group cohesion and allow the emergence of schooling and milling. Moreover, increasing the interaction range has a similar impact on collective dynamics as increasing the strength of social interactions. However, when the intensity of these interactions becomes too strong, fish can no longer coordinate their swimming and the school adopts a swarming behavior. Our results also show that a moderate level of behavioral fluctuations in fish can induce spontaneous transitions between schooling and milling. Finally, in this species that performs burst-and-coast swimming, we find that coordination occurs for a wider range of interaction strengths only in small group sizes.

Published
2021

38. Collective-Mode Enhanced Matter-Wave Optics

Author

André Wenzlawski, Tammo Sternke, Eric Charron, Achim Peters, Claus Lämmerzahl, Jan Rudolph, Markus Krutzik, Sven Herrmann, Christoph Grzeschik, Alexander Grote, W. Herr, Ernst M. Rasel, Naceur Gaaloul, Peter Stromberger, Merle Cornelius, Robin Corgier, Christian Deppner, David Guéry-Odelin, Patrick Windpassinger, Institut für Quantenoptik [Hannover] (IQ), Leibniz Universität Hannover [Hannover] (LUH), Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM), Universität Bremen, Johannes Gutenberg - Universität Mainz (JGU), Humboldt-Universität zu Berlin, Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay (ISMO), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Atomes Froids (LCAR), Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité (LCAR), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Leibniz Universität Hannover=Leibniz University Hannover, Johannes Gutenberg - Universität Mainz = Johannes Gutenberg University (JGU), Humboldt University Of Berlin, Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
General Physics and Astronomy, Kinetic energy, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, law.invention, Optics, [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], law, 0103 physical sciences, Magnetic lens, 010306 general physics, Quantum, Bose-Einstein Condensate, Condensed Matter::Quantum Gases, Physics, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, Degenerate energy levels, Temperature, Lens (optics), Interferometry, Atom optics, Cold atoms & matter waves, Matter wave, business, Delta-Kick Collimation
Abstract

International audience; In contrast to light, matter-wave optics of quantum gases deals with interactions even in free space and for ensembles comprising millions of atoms. We exploit these interactions in a quantum degenerate gas as an adjustable lens for coherent atom optics. By combining an interaction-driven quadrupole-mode excitation of a Bose-Einstein condensate (BEC) with a magnetic lens, we form a time-domain matter-wave lens system. The focus is tuned by the strength of the lensing potential and the oscillatory phase of the quadrupole mode. By placing the focus at infinity, we lower the total internal kinetic energy of a BEC comprising 101(37) thousand atoms in three dimensions to 3/2 kB⋅38+6−7 pK. Our method paves the way for free-fall experiments lasting ten or more seconds as envisioned for tests of fundamental physics and high-precision BEC interferometry, as well as opens up a new kinetic energy regime.

Published
2021

39. Structure, solvation, thermodynamics and fragmentation of molecular clusters

Author

Zheng, Linjie, Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université Paul Sabatier - Toulouse III, Jérôme Cuny, Mathias Rapacioli, Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
SCC-DFTB, CID, [CHIM.GENI]Chemical Sciences/Chemical engineering, Agrégats aqueux d'ammonium/ammoniac, Ammonium/ammonia water clusters, Agrégats protonés uracile-eau, Dynamique moléculaire, Uracil water clusters, Molecular dynamics
Abstract

This thesis aims at studying in details the behavior of complex molecular clusters and focuses on two main aspects. First, the description of low-energy isomers of ammonium/ammonia water clusters and (H2O)1-7,11,12UH+ through an extensive exploration of potential energy surfaces (PES) using a combination of global and local optimization schemes. Structural, solvation and thermodynamics properties of the newly identified low-energy isomers were characterized. Second, the dynamical simulations of collision-induced dissociation of (H2O)1-7,11,12UH+ and Py2+ were carried out to explore collision trajectories, dissociation mechanism, energy partition, mass spectra, and collision cross sections to complement experimental measurements conducted on these species. Global optimization of (H2O)1-10NH4+ and (H2O)1-10NH3 clusters is conducted at the self-consistent-charge density-functional based tight-binding (SCC-DFTB) level of theory, for which improved N-H parameters are proposed, in combination with the parallel-tempering molecular dynamics (PTMD) approach. Low-energy isomers of (H2O)1-10NH4+ and (H2O)1-10NH3 are further optimized at MP2 level in order to evaluate the reliability of our modified N-H parameters. Both structures and binding energies obtained at SCC-DFTB agree with the results at MP2/Def2TZVP level, which demonstrates the ability of SCC-DFTB to describe the PES of molecular species and represents a first step towards the modeling of complex aggregates of atmospheric interest. Focus on (H2O)1-7,11,12UH+ aims at providing a detailed description of recent collision-induced dissociation (CID) experiments. First, stable isomers of (H2O)1-7,11,12UH+ are calculated using the same methodology as described above. Then, dynamical simulations of the collisions between various (H2O)1-7,11,12UH+ isomers and argon is conducted at a constant collision energy at the SCC-DFTB level. Simulated proportion of formed neutral vs. protonated uracil containing clusters, fragmentation cross-section as well as mass spectra are consistent with the experimental data which highlights the accuracy of our simulations. They allow to probe which fragments are formed on the short time scale and rationalize the location of the excess proton on these fragments. This latter property is highly influenced by the nature of the aggregate undergoing the collision. Analyses of proportion of time-dependent fragments and mass spectra demonstrate that, up to 7 water molecules, a shattering mechanism occurs after collision whereas for n=11,12 a statistical mechanism is more likely to participate. Dynamical simulation of CID experiments of Py2+ for different collision energies between 2.5 and 30 eV is also presented. The dynamical simulations allow to understand the dissociation processes. The agreement between the simulated and measured mass spectra suggests that the main processes are captured by this approach. It appears that most of the dissociation occurs on a short timescale (less than 3 ps). Analysis of the kinetic energy partition is used to get insights into the collision/dissociation processes at the atomic scale. The simulated mass spectra of the parent and dissociated products are obtained from the combination of molecular dynamics simulations and phase space theory to address the short and long timescales dissociation, respectively.; Cette thèse vise à étudier en détail le comportement d'agrégats moléculaires complexes et se concentre sur deux aspects principaux. Tout d'abord, la description des isomères de faible énergie des clusters d'ammonium et ammoniac et (H2O)1-7,11,12UH+ à travers l'exploration des surfaces d'énergie potentielle (PES) en utilisant une combinaison d'approches d'optimisation globales et locales. Les propriétés structurelles, de solvatation et thermodynamiques des isomères de basse énergie nouvellement identifiés ont été caractérisées. Par la suite, des simulations dynamiques de la dissociation induite par collision des (H2O)1-7,11,12UH+ et Py2+ ont été réalisées et analysées en termes de : mécanisme de dissociation, répartition d'énergie, spectres de masse et sections efficaces de collision pour complémenter des mesures expérimentales récentes menées sur ces espèces. L'optimisation globale des clusters (H2O)1-10NH4+ et (H2O)1-10NH3 a été réalisée au niveau de théorie SCC-DFTB (pour self-consistent-charge density-functional based tight-binding), pour laquelle des paramètres N-H améliorés ont été proposés, en combinaison avec l'approche d'exploration PTMD (pour parallel-tempering molecular dynamics). Les isomères de basse énergie nouvellement déterminés ont été optimisés au niveau MP2 afin d'évaluer la fiabilité de nos paramètres N-H modifiés. Les structures et les énergies de liaison obtenues avec la méthode SCC-DFTB sont en très bon accord avec les résultats de niveau MP2/Def2TZVP, ce qui démontre la capacité de l'approche SCC-DFTB à décrire la PES de ces espèces moléculaires et représente ainsi une première étape vers la modélisation d'agrégats complexes d'intérêt atmosphérique. L'intérêt porté aux (H2O)1-7,11,12UH+ vise à fournir une description détaillée d'expériences récentes de dissociation induite par collision (CID). Premièrement, les isomères stables des (H2O)1-7,11,12UH+ sont calculés en utilisant la même méthodologie que celle décrite ci-dessus. Ensuite, des simulations dynamiques des collisions entre isomères (H2O)1-7,11,12UH+ et un atome d'argon sont réalisées à énergie de collision constante au niveau SCC-DFTB. La proportion simulée d'agrégats neutres contenant l'uracile par rapport à celle d'agrégats chargés contenant l'uracile, la section efficace de fragmentation ainsi que les spectres de masse sont cohérents avec les données expérimentales ce qui met en évidence la précision de nos simulations. Ces dernières permettent de sonder en details les fragments qui se forment aux temps courts et de rationaliser la localisation du proton en excès sur ces fragments. Cette dernière propriété est fortement influencée par la nature de l'agrégat soumis à la collision. L'analyse de la proportion des fragments en fonction du temps et des spectres de masse démontrent que, jusqu'à 7 molécules d'eau, un mécanisme de dissociation direct alors que pour 11,12 molécules, un mécanisme statistique est plus susceptible d'intervenir. Enfin, des simulations d'expériences CID du Py2+ à différentes énergies de collision, entre 2,5 et 30 eV, sont présentées. Les simulations permettent de comprendre les processus de dissociation mis en jeu. L'accord entre les spectres de masse simulés et mesurés suggère que les principaux processus sont bien pris en compte par cette approche. Il semble que la majeure partie de la dissociation se produise sur une courte échelle de temps (moins de 3 ps). L'analyse de la répartition d'énergie cinétique est utilisée pour obtenir des informations sur les processus de collision/dissociation à l'échelle atomique. Les spectres de masse simulés des clusters parents et dissociés sont obtenus à partir en combinant simulations de dynamique moléculaire et théorie de l'espace des phases pour traiter respectivement la dissociation aux courtes et longues échelles de temps.

Published
2021

40. Quasiparticle Energy Relaxation in a Gas of One-Dimensional Fermions with Coulomb Interaction

Author

Zoran Ristivojevic, Konstantin I. Matveev, Fermions Fortement Corrélés (LPT) (FFC), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Materials Science Division, Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois 60439, USA, Argonne National Laboratory [Lemont] (ANL), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Physics, Strongly Correlated Electrons (cond-mat.str-el), Condensed matter physics, FOS: Physical sciences, General Physics and Astronomy, Inverse, 02 engineering and technology, Fermion, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Condensed Matter - Strongly Correlated Electrons, Excited state, 0103 physical sciences, Quasiparticle, Coulomb, Relaxation (physics), [PHYS.COND.CM-SCE]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Strongly Correlated Electrons [cond-mat.str-el], 010306 general physics, 0210 nano-technology, Scaling, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Excitation
Abstract

We consider a system of charged one-dimensional spin-$\frac{1}{2}$ fermions at low temperature. We study how the energy of a highly-excited quasiparticle (or hole) relaxes toward the chemical potential in the regime of weak interactions. The dominant relaxation processes involve collisions with two other fermions. We find a dramatic enhancement of the relaxation rate at low energies, with the rate scaling as the inverse sixth power of the excitation energy. This behavior is caused by the long-range nature of the Coulomb interaction.

Published
2021

41. Coherent Forward Scattering Peak and Multifractality

Author

Olivier Giraud, Bertrand Georgeot, Christian Miniatura, Gabriel Lemarié, Maxime Martinez, Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), MajuLab (UMI 3654), National University of Singapore (NUS)-Sorbonne Université (SU), Centre for Quantum Technologies [Singapore] (CQT), National University of Singapore (NUS), Institut de Physique de Nice (INPHYNI), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA), Department of Physics, National University of Singapore, Singapore, School of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological University, Singapore, Laboratoire de Physique Théorique et Modèles Statistiques (LPTMS), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), School of Physical and Mathematical Sciences, MajuLab, CNRS-UCA-SU-NUS-NTU International Joint Research Unit, Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), MajuLab, National University of Singapore (NUS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA), Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA), Nanyang Technological University [Singapour], ANR-17-EURE-0009,NanoX,Science et Ingénierie à l'Echelle Nano(2017), ANR-17-CE30-0024,COCOA,Contrôle de systèmes complexes d'atomes froids(2017), ANR-19-CE30-0013,GLADYS,De la nature vitreuse des systèmes quantiques désordonnés(2019), and ANR-18-CE30-0017,MANYLOK,Localisation à N corps avec le Kicked Rotor(2018)

Subjects
Floquet theory, Anderson localization, Anderson Localization, Forward scatter, FOS: Physical sciences, Coherent backscattering, Interference (wave propagation), Condensed Matter::Disordered Systems and Neural Networks, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], Physics [Science], 0103 physical sciences, Coherent Backscattering, Statistical physics, [NLIN]Nonlinear Sciences [physics], 010306 general physics, Quantum, Anderson impurity model, Physics, Multifractal system, Disordered Systems and Neural Networks (cond-mat.dis-nn), Condensed Matter - Disordered Systems and Neural Networks, Nonlinear Sciences - Chaotic Dynamics, Quantum Gases (cond-mat.quant-gas), Chaotic Dynamics (nlin.CD), Condensed Matter - Quantum Gases
Abstract

It has recently been shown that interference effects in disordered systems give rise to two non-trivial structures: the coherent backscattering (CBS) peak, a well-known signature of interference effects in the presence of disorder, and the coherent forward scattering (CFS) peak, which emerges when Anderson localization sets in. We study here the CFS effect in the presence of quantum multifractality, a fundamental property of several systems, such as the Anderson model at the metal-insulator transition. We focus on Floquet systems, and find that the CFS peak shape and its peak height dynamics are generically controlled by the multifractal dimensions $D_1$ and $D_2$, and by the spectral form factor. We check our results using a 1D Floquet system whose states have multifractal properties controlled by a single parameter. Our predictions are fully confirmed by numerical simulations and analytic perturbation expansions on this model. Our results, which we believe to be generic, provide an original and direct way to detect and characterize multifractality in experimental systems., 7 pages, 3 figures

Published
2021

42. Integration of the Rhombohedral BiSb(0001) Topological Insulator on a Cubic GaAs(001) Substrate

Author

Fuccio Cristiano, Emmanuelle Daran, Arnaud Proietti, Corentin Durand, Quentin Gravelier, Sebastien Plissard, Benjamin Reig, Alexandre Arnoult, Daya S. Dhungana, Roland Coratger, Dima Sadek, Pier-Francesco Fazzini, Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Surfaces, Interfaces et Nano-Objets (CEMES-SINanO), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Centre de microcaractérisation Raimond Castaing (CMCR), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), ANR-17-PIRE-0001,Hybrid,Hybrid Materials for Quantum Science and Engineering(2017), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Centre de microcaractérisation Raimond Castaing (Centre Castaing), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Magnetoresistive random-access memory, Materials science, Condensed matter physics, Spintronics, Magnetoresistance, Chalcogenide, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Substrate (electronics), [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Conductivity, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Bismuth, chemistry.chemical_compound, chemistry, [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], Topological insulator, 0103 physical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], [CHIM.CRIS]Chemical Sciences/Cristallography, General Materials Science, 010306 general physics, 0210 nano-technology
Abstract

International audience; Bismuth-Antimony alloys () is the first reported 3D Topological Insulator (TI). Among many TIs reported to the date, it remains the most promising for spintronic applications thanks to its large conductivity, its colossal spin Hall angle, and the possibility to build low current spin-orbit-torque (SOT) magnetoresistive random access memories (MRAM). Nevertheless, the 2D integration of TIs on industrial standards is lacking. In this work, we report the inte

Published
2021

43. Anion states of halocamphor molecules: insights into chirally sensitive dissociative electron attachment

Author

F. Kossoski, Julio Cesar Ruivo, Márcio T. do N. Varella, Instituto de Fisica da Universidade de São Paulo (IFUSP), Universidade de São Paulo = University of São Paulo (USP), Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Instituto de Fisica, Universidade de Sao Paulo (INSTITUTO DE FISICA, UNIVERSIDADE DE SAO PAULO), Universidade de São Paulo (USP), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)

Subjects
Physics, media_common.quotation_subject, General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, Electron, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Molecular physics, Asymmetry, Dissociation (psychology), ESTRUTURA ELETRÔNICA, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Dipole, Autoionization, Reaction dynamics, 0103 physical sciences, Bound state, medicine, Atomic number, Physical and Theoretical Chemistry, medicine.symptom, 010306 general physics, 0210 nano-technology, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, media_common
Abstract

Recent measurements of spin-polarized electron collisions with halocamphor molecules have observed intriguing trends in their dissociative electron attachment (DEA) chiral asymmetries. While the differences between the DEA asymmetries of 3-bromocamphor (3BrC) and 3-iodocamphor (3IC) were consistent with the larger atomic number of iodine, the even higher chiral asymmetry reported for 10-iodocamphor (10IC) was unexpected. In fact, the helicity densities and the distances from the iodine atoms to the closest chiral centers would suggest smaller asymmetries for 10IC compared to 3IC. To better understand the observed trends, we performed electron scattering and bound state calculations, as well as Born-Oppenheimer molecular dynamics simulations for the three halocamphors. Our results indicate that the DEA signals stem exclusively from halide ions produced by the fast dissociation of low-lying σ* anion states. While we also found dipole bound states and higher-lying shape resonances, we do not expect those states to significantly contribute to the observed yields. Despite the fact that we do not account for the spin-orbit interactions or reaction dynamics, the energies and autoionization lifetimes of the σ* resonances strongly support larger DEA yields for 10IC than 3BrC. The more efficient dissociation could explain the fourfold difference between the maximum DEA chiral asymmetries, since the difference in the atomic numbers of iodine and bromine only accounts for a factor of two. Additionally, our calculations suggest that the twofold difference between the DEA asymmetries of the iodocamphor isomers could be related to the partial suppression of the cross section for electron attachment to 3IC, compared to 10IC.

Published
2021

44. Understanding the impact of correlation on bond length alternation in polyenes

Author

Nathalie Guihéry, Nicolas Suaud, Jean-Paul Malrieu, Nadia Ben Amor, Systèmes étendus et magnétisme (LCPQ) (SEM), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Physics, Valence (chemistry), 010304 chemical physics, Charge (physics), 010402 general chemistry, Antibonding molecular orbital, 01 natural sciences, Molecular physics, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Atomic orbital, 0103 physical sciences, Molecule, Molecular orbital, Complete active space, Physical and Theoretical Chemistry, Wave function
Abstract

Festschrift in honour of Fernand Spiegelmann; International audience; This article analyzes the electronic factors governing bond length alternation (BLA) in linear polyenes. The impact of the various effects is illustrated on small all-trans polyenes, namely butadiene, hexatriene and octatetraene prototype molecules. It is well known that self-consistent-field single determinant treatments overestimate the bond length alternation and the paper aims to identify physical effects of correlation which correct this defect. The question is addressed using an orthogonal valence bond-type formalism in which the wave function is expressed in terms of strongly localized bonding and antibonding molecular orbitals. This paper shows that dynamic polarization effects of π orbitals accounted for in the full-π complete active space wave function significantly reduce bond alternation. These effects are brought by single excitations applied on the inter-bond charge transfer determinants. The dynamic polarization of σ bonds, of either CC or CH character, is analyzed afterward by either enlarging the active space or by adding the 1hole-1particle excitations. It is shown that these effects also decrease the BLA and increase the coefficients of the charge transfer determinants. Moreover, the relation with dynamic polarization of ligand-to-metal and metal-to-ligand charge transfer (LMCT and MLCT, respectively) components in magnetic transition-metal compounds is discussed.

Published
2021

45. Large Perpendicular Magnetic Anisotropy in Ta/CoFeB/MgO on Full-Coverage Monolayer MoS 2 and First-Principles Study of Its Electronic Structure

Author

Michel Vergnat, Pierre Renucci, Ziqi Zhou, Alexandre Bouché, Abdallah Jaafar, Paul Marcon, Hans Tornatzky, Hervé Rinnert, Cedric Robert, Sylvie Migot, Xavier Marie, Xavier Devaux, Mathieu Stoffel, J.-M. George, Philippe Pigeat, Rémi Arras, Yuan Lu, Zhongming Wei, L. Calmels, Lei Ren, Henri-Yves Jaffrès, Institut Jean Lamour (IJL), Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), State Key Laboratory of Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences & College of Materials Science and Optoelectronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China, Matériaux et dispositifs pour l'Electronique et le Magnétisme (CEMES-MEM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), THALES-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-19-CE24-0005,SIZMO2D,Injection/detection de spin à champ magnétique nul dans des dispositifs SpinOptroniques à base de Semiconducteurs 2D(2019), ANR-18-CE24-0017,FEOrgSpin,Contrôle ferroélectrique de la spinterface organique/ferromagnétique(2018), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Materials science, Condensed matter physics, Anisotropy energy, Band gap, 02 engineering and technology, Transition-metal dichalcogenide, Proximity effect, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Spin injector, Tunnel magnetoresistance, [SPI]Engineering Sciences [physics], Ferromagnetism, 0103 physical sciences, Curie temperature, General Materials Science, Direct and indirect band gaps, Texture (crystalline), 2D Materials, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], 010306 general physics, 0210 nano-technology, Electronic band structure, Perpendicular magnetic anisotropy
Abstract

International audience; Perpendicularly magnetized spin injector with high Curie temperature is a prerequisite for developing spin optoelectronic devices on 2D materials working at room temperature (RT) with zero applied magnetic field. Here, we report the growth of Ta/CoFeB/MgO structures with a large perpendicular magnetic anisotropy (PMA) on full coverage monolayer (ML) MoS2. A large perpendicular interface anisotropy energy of 0.975mJ/m 2 has been obtained at the CoFeB/MgO interface, comparable to that observed in magnetic tunnel junction systems. It is found that the insertion of MgO between the ferromagnetic metal (FM) and the 2D material can effectively prevent the diffusion of the FM atoms into the 2D material. Moreover, the MoS2 ML favors a MgO(001) texture and plays a critical role to establish the large PMA. First principle calculations on a similar Fe/MgO/MoS2 structure reveal that the MgO thickness can modify the MoS2 band structure, from an indirect bandgap with 7ML-MgO to a direct bandgap with 3ML-MgO. Proximity effect induced by Fe results in a splitting of 10meV in the valence band at the Γ point for the 3ML-MgO structure while it is negligible for the 7ML-MgO structure. These results pave the way to develop RT spin optoelectronic devices on 2D transition-metal dichalcogenide materials.

Published
2021

46. A NEAT quantum error decoder

Author

Hugo Théveniaut, Evert van Nieuwenburg, Fermions Fortement Corrélés (LPT) (FFC), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Niels Bohr Institute [Copenhagen] (NBI), Faculty of Science [Copenhagen], University of Copenhagen = Københavns Universitet (KU)-University of Copenhagen = Københavns Universitet (KU), University of Copenhagen = Københavns Universitet (UCPH)-University of Copenhagen = Københavns Universitet (UCPH), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Quantum Physics, Toric code, Computer science, Physics, QC1-999, FOS: Physical sciences, General Physics and Astronomy, Data_CODINGANDINFORMATIONTHEORY, Computational Physics (physics.comp-ph), 01 natural sciences, Noise (electronics), 010305 fluids & plasmas, Orders of magnitude (bit rate), [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], Qubit, 0103 physical sciences, Quantum Physics (quant-ph), 010306 general physics, Physics - Computational Physics, Quantum, Algorithm, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Decoding methods, Computer Science::Information Theory
Abstract

We investigate the use of the evolutionary NEAT algorithm for the optimization of a policy network that performs quantum error decoding on the toric code, with bitflip and depolarizing noise, one qubit at a time. We find that these NEAT-optimized network decoders have similar performance to previously reported machine-learning based decoders, but use roughly three to four orders of magnitude fewer parameters to do so., 10 pages, 7 figures

Published
2021

47. Clifford Boundary Conditions for Periodic Systems: the Madelung Constant of Cubic Crystals in 1, 2 and 3 Dimensions

Author

J. Arjan Berger, Véronique Brumas, Nicolas Tavernier, Stefano Evangelisti, Gian Luigi Bendazzoli, Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Alma Mater Studiorum Università di Bologna [Bologna] (UNIBO), European Theoretical Spectroscopy Facility (ETSF), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), and Universita di Bologna

Subjects
Physics, Condensed Matter - Materials Science, 010304 chemical physics, Mathematical analysis, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), FOS: Physical sciences, Clifford torus, Space (mathematics), 01 natural sciences, Madelung constant, Manifold, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, 0103 physical sciences, Supercell (crystal), Periodic boundary conditions, Boundary value problem, Physical and Theoretical Chemistry, 010306 general physics, Topology (chemistry), ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

In this work we demonstrate the robustness of a real-space approach for the treatment of infinite systems described with periodic boundary conditions that we have recently proposed (Tavernier et al in J Phys Chem Lett 17:7090, 2000). In our approach we extract a fragment, i.e., a supercell, out of the infinite system, and then modifying its topology into the that of a Clifford torus which is a flat, finite and border-less manifold. We then renormalize the distance between two points by defining it as the Euclidean distance in the embedding space of the Clifford torus. With our method we have been able to calculate the reference results available in the literature with a remarkable accuracy, and at a very low computational effort. In this work we show that our approach is robust with respect to the shape of the supercell. In particular, we show that the Madelung constants converge to the same values but that the convergence properties are different. Our approach scales linearly with the number of atoms. The calculation of Madelung constants only takes a few seconds on a laptop computer for a relative precision of about 10 $$^{-6}$$ .

Published
2021

48. Some elements for a history of the dynamical systems theory

Author

Ulrich Parlitz, Lars Folke Olsen, Louis M. Pecora, Otto E. Rössler, Arkady Pikovsky, Ichiro Tsuda, Christophe Letellier, René Lozi, Robert Gilmore, Celso Grebogi, Dima L. Shepelyansky, Leon Glass, Ralph Abraham, Philip Holmes, Thomas L. Carroll, Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (CORIA), Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Tübingen, Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (LJAD), Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA), Department of Physics and Astronomy [Potsdam], University of Potsdam = Universität Potsdam, King‘s College London, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (JAD), Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Universität Potsdam

Subjects
Dynamical systems theory, Chaotic dynamics, Applied Mathematics, Phase space methods, Complex systems theory, General Physics and Astronomy, Statistical and Nonlinear Physics, Atmosphere (architecture and spatial design), Scientific theory, Chaos theory, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, Focus (linguistics), Epistemology, Key (music), Chaotic maps, 0103 physical sciences, Nonlinear systems, History of science, [NLIN]Nonlinear Sciences [physics], 010306 general physics, Mathematical Physics, Period (music), Diversity (business)
Abstract

International audience; Writing a history of a scientific theory is always difficult because it requires to focus on some key contributors and to “reconstruct” some supposed influences. In the 1970s, a new way of performing science under the name “chaos” emerged, combining the mathematics from the nonlinear dynamical systems theory and numerical simulations. To provide a direct testimony of how contributors can be influenced by other scientists or works, we here collected some writings about the early times of a few contributors to chaos theory. The purpose is to exhibit the diversity in the paths and to bring some elements—which were never published—illustrating the atmosphere of this period. Some peculiarities of chaos theory are also discussed.

Published
2021

49. On application of deep learning to simplified quantum-classical dynamics in electronically excited states

Author

Didier Lemoine, Evgeny Posenitskiy, Fernand Spiegelman, Théorie (LCAR), Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité (LCAR), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Modélisation, Agrégats, Dynamique (LCPQ) (MAD), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)

Subjects
Physics, [PHYS]Physics [physics], 010304 chemical physics, business.industry, Deep learning, Dynamics (mechanics), 010402 general chemistry, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, Human-Computer Interaction, Artificial Intelligence, Quantum mechanics, Excited state, 0103 physical sciences, Artificial intelligence, business, Quantum, Software, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

Deep learning (DL) is applied to simulate non-adiabatic molecular dynamics of phenanthrene, using the time-dependent density functional based tight binding (TD-DFTB) approach for excited states combined with mixed quantum–classical propagation. Reference calculations rely on Tully’s fewest-switches surface hopping (FSSH) algorithm coupled to TD-DFTB, which provides electronic relaxation dynamics in fair agreement with various available experimental results. Aiming at describing the coupled electron-nuclei dynamics in large molecular systems, we then examine the combination of DL for excited-state potential energy surfaces (PESs) with a simplified trajectory surface hopping propagation based on the Belyaev–Lebedev (BL) scheme. We start to assess the accuracy of the TD-DFTB approach upon comparison of the optical spectrum with experimental and higher-level theoretical results. Using the recently developed SchNetPack (Schütt et al 2019 J. Chem. Theory Comput. 15 448–55) for DL applications, we train several models and evaluate their performance in predicting excited-state energies and forces. Then, the main focus is given to the analysis of the electronic population of low-lying excited states computed with the aforementioned methods. We determine the relaxation timescales and compare them with experimental data. Our results show that DL demonstrates its ability to describe the excited-state PESs. When coupled to the simplified BL scheme considered in this study, it provides reliable description of the electronic relaxation in phenanthrene as compared with either the experimental data or the higher-level FSSH/TD-DFTB theoretical results. Furthermore, the DL performance allows high-throughput analysis at a negligible cost.

Published
2021

50. Network community structure and resilience to localized damage : application to brain microcirculation

Author

Olivier Giraud, Sylvie Lorthois, Bertrand Georgeot, Florian Goirand, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Université Paris-Saclay (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Rennes 1 (FRANCE), Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Géosciences Rennes (GR), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Rennes (OSUR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Information et Chaos Quantiques (LPT), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique Théorique et Modèles Statistiques (LPTMS), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Rennes (UR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Rennes (OSUR), Université de Rennes (UR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 1RF1NS110054, National Institutes of Health, European Research Council, and 615102, European Research Council

Subjects
FOS: Computer and information sciences, Computer science, [SDV]Life Sciences [q-bio], Mécanique des fluides, FOS: Physical sciences, Neurosciences. Biological psychiatry. Neuropsychiatry, Context (language use), Topology, Microcirculation, 03 medical and health sciences, 0302 clinical medicine, Physics - Biological Physics, Tissues and Organs (q-bio.TO), Resilience (network), Extreme value theory, Random graphs, 030304 developmental biology, Social and Information Networks (cs.SI), [PHYS]Physics [physics], 0303 health sciences, Computer Science - Social and Information Networks, Quantitative Biology - Tissues and Organs, Blood flow, General Medicine, Cerebrovascular network, Brain microcirculation, Community structure, Hypoperfusion, Cerebral blood flow, Flow (mathematics), Biological Physics (physics.bio-ph), Quantitative Biology - Neurons and Cognition, FOS: Biological sciences, Network theory, Probability distribution, Neurons and Cognition (q-bio.NC), 030217 neurology & neurosurgery, Capillary occlusions, RC321-571
Abstract

In cerebrovascular networks, some vertices are more connected to each other than with the rest of the vasculature, defining a community structure. Here, we introduce a class of model networks built by rewiring Random Regular Graphs, which enables to reproduce this community structure and other topological properties of cerebrovascular networks. We use these model networks to study the global flow reduction induced by the removal of a single edge. We analytically show that this global flow reduction can be expressed as a function of the initial flow rate in the removed edge and of a topological quantity, both of which display probability distributions following Cauchy laws, i.e. with large tails. As a result, we show that the distribution of blood flow reductions is strongly influenced by the community structure. In particular, the probability of large flow reductions increases substantially when the community structure is stronger, weakening the network resilience to single capillary occlusions. We discuss the implications of these findings in the context of Alzheimer's Disease, in which the importance of vascular mechanisms, including capillary occlusions, is beginning to be uncovered., Comment: 14 pages, 11 figures

Published
2021

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