Thèse soutenue

Transitions de phase en basse dimension à l’équilibre et hors d’équilibre
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Auteur / Autrice : Juliane Uta Klamser
Direction : Werner Krauth
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique statistique
Date : Soutenance le 10/12/2018
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique statistique de l'École normale supérieure (Paris)
Jury : Président / Présidente : Ludovic Berthier
Examinateurs / Examinatrices : Silke Henkes, Annie Lemarchand
Rapporteurs / Rapporteuses : Ludovic Berthier, Thomas Speck

Résumé

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Bien que la nature soit tridimensionnelle, il existe de nombreux systèmes dont les dimensions effectives sont inférieures, offrant une nouvelle physique. Cette thèse porte sur les transitions de phase dans les systèmes de faibles dimensions, en particulier sur les phases hors équilibre dans la matière active (MA) bidimensionnelle (2D). À la différence des systèmes passifs, les particules actives sont entraînées par de l'énergie injectée à l'échelle microscopique à partir de degrés de liberté internes, entraînant une dynamique irréversible, et donnant souvent lieu à des phases macroscopiques contrastant avec l'équilibre. Dans une première partie, ce travail propose une caractérisation quantitative des phases hors équilibre en s'appuyant sur un modèle minimal de MA. Ce modèle repose sur des particules 2D autopropulsées avec des interactions de paires. La dynamique (Monte Carlo cinétique persistante) est une variante des disques passifs et diffère des modèles bien connus de MA. Un diagramme de phase quantitatif complet est présenté, incluant la séparation de phase induite par motilité (SPIM). De plus, le scénario de fusion en deux étapes avec la phase hexatique se retrouve aussi hors équilibre. L'activité peut fondre un solide 2D et les lignes de fusion restent séparées de SPIM. La deuxième partie explore l'existence de transitions de phase dans les modèles 1D classiques avec des interactions courtes portées à température non nulle. Une idée largement partagée est que de telles transitions sont impossibles. Un contre-exemple clair est présenté où la non-analyticité de l'énergie libre émerge d'un nouveau mécanisme d'origine géométrique, établi de manière rigoureuse.