Ultrafast charge-transfer in organic photovoltaic interfaces: geometrical and functionalization effects

Understanding the microscopic mechanisms of electronic excitation in organic photovoltaic cells is a challenging problem in the design of efficient devices capable of performing sunlight harvesting. Here we develop and apply an ab initio approach based on time-dependent density functional theory and Ehrenfest dynamics to investigate photoinduced charge transfer in small organic molecules. Our calculations include mixed quantum–classical dynamics with ions moving classically and electrons quantum mechanically, where no experimental external parameter other than the material geometry is required. We show that the behavior of photocarriers in zinc phthalocyanine (ZnPc) and C60 systems, an effective prototype system for organic solar cells, is sensitive to the atomic orientation of the donor and the acceptor units as well as the functionalization of covalent molecules at the interface. In particular, configurations with the ZnPc molecules facing on C60 facilitate charge transfer between substrate and molecules that occurs within 200 fs. In contrast, configurations where ZnPc is tilted above C60 present extremely low carrier injection efficiency even at longer times as an effect of the larger interfacial potential level offset and higher energetic barrier between the donor and acceptor molecules. An enhancement of charge injection into C60 at shorter times is observed as binding groups connect ZnPc and C60 in a dyad system. Our results demonstrate a promising way of designing and controlling photoinduced charge transfer on the atomic level in organic devices that would lead to efficient carrier separation and maximize device performance.

Face description for perceptual user interfaces

[EN]We investigate mechanisms which can endow the computer with the ability of describing a human face by means of computer vision techniques. This is a necessary requirement in order to develop HCI approaches which make the user feel himself/herself perceived. This paper describes our experiences considering gender, race and the presence of moustache and glasses. This is accomplished comparing, on a set of 6000 facial images, two di erent face representation approaches: Principal Components Analysis (PCA) and Gabor lters. The results achieved using a Support Vector Machine (SVM) based classi er are promising and particularly better for the second representation approach.

Multiple face detection at different resolutions for perceptual user interfaces

[EN]This paper describes in detail a real-time multiple face detection system for video streams. The system adds to the good performance provided by a window shift approach, the combination of different cues available in video streams due to temporal coherence. The results achieved by this combined solution outperform the basic face detector obtaining a 98% success rate for around 27000 images, providing additionally eye detection and a relation between the successive detections in time by means of detection threads.

Hand pose detection for vision-based gesture interfaces

[EN]Vision-based applications designed for humanmachine interaction require fast and accurate hand detection. However, previous works on this field assume different constraints, like a limitation in the number of detected gestures, because hands are highly complex objects to locate. This paper presents an approach which changes the detection target without limiting the number of detected gestures. Using a cascade classifier we detect hands based on their wrists. With this approach, we introduce two main contributions: (1) a reliable segmentation, independently of the gesture being made and (2) a training phase faster than previous cascade classifier based methods. The paper includes experimental evaluations with different video streams that illustrate the efficiency and suitability for perceptual interfaces.

Comprendre et maîtriser le passage de type I à type II de puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur substrat de GaSb

Les antimoniures sont des semi-conducteurs III-V prometteurs pour le développement de dispositifs optoélectroniques puisqu'ils ont une grande mobilité d'électrons, une large gamme spectrale d'émission ou de détection et offrent la possibilité de former des hétérostructures confinées dont la recombinaison est de type I, II ou III. Bien qu'il existe plusieurs publications sur la fabrication de dispositifs utilisant un alliage d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) qui émet ou détecte à une certaine longueur d'onde, les détails, à savoir comment sont déterminés les compositions et surtout les alignements de bande, sont rarement explicites. Très peu d'études fondamentales sur l'incorporation d'indium et d'arsenic sous forme de tétramères lors de l'épitaxie par jets moléculaires existent, et les méthodes afin de déterminer l'alignement des bandes des binaires qui composent ces alliages donnent des résultats variables. Un modèle a été construit et a permis de prédire l'alignement des bandes énergétiques des alliages d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) avec celles du GaSb pour l'ensemble des compositions possibles. Ce modèle tient compte des effets thermiques, des contraintes élastiques et peut aussi inclure le confinement pour des puits quantiques. De cette manière, il est possible de prédire la transition de type de recombinaison en fonction de la composition. Il est aussi montré que l'indium ségrègue en surface lors de la croissance par épitaxie par jets moléculaires d'In(x)Ga(1-x)Sb sur GaSb, ce qui avait déjà été observé pour ce type de matériau. Il est possible d'éliminer le gradient de composition à cette interface en mouillant la surface d'indium avant la croissance de l'alliage. L'épaisseur d'indium en surface dépend de la température et peut être évaluée par un modèle simple simulant la ségrégation. Dans le cas d'un puits quantique, il y aura une seconde interface GaSb sur In(x)Ga(1-x)Sb où l'indium de surface ira s'incorporer. La croissance de quelques monocouches de GaSb à basse température immédiatement après la croissance de l'alliage permet d'incorporer rapidement ces atomes d'indium et de garder la seconde interface abrupte. Lorsque la composition d'indium ne change plus dans la couche, cette composition correspond au rapport de flux d'atomes d'indium sur celui des éléments III. L'arsenic, dont la source fournit principalement des tétramères, ne s'incorpore pas de la même manière. Les tétramères occupent deux sites en surface et doivent interagir par paire afin de créer des dimères d'arsenic. Ces derniers pourront alors être incorporés dans l'alliage. Un modèle de cinétique de surface a été élaboré afin de rendre compte de la diminution d'incorporation d'arsenic en augmentant le rapport V/III pour une composition nominale d'arsenic fixe dans l'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y). Ce résultat s'explique par le fait que les réactions de deuxième ordre dans la décomposition des tétramères d'arsenic ralentissent considérablement la réaction d'incorporation et permettent à l'antimoine d'occuper majoritairement la surface. Cette observation montre qu'il est préférable d'utiliser une source de dimères d'arsenic, plutôt que de tétramères, afin de mieux contrôler la composition d'arsenic dans la couche. Des puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur GaSb ont été fabriqués et caractérisés optiquement afin d'observer le passage de recombinaison de type I à type II. Cependant, celui-ci n'a pas pu être observé puisque les spectres étaient dominés par un niveau énergétique dans le GaSb dont la source n'a pu être identifiée. Un problème dans la source de gallium pourrait être à l'origine de ce défaut et la résolution de ce problème est essentielle à la continuité de ces travaux.

Stochastic Modeling of Reversible Biochemical Reaction-Diffusion Systems and High-Resolution Shock-Capturing Methods for Fluid Interfaces

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Signature optique des ferroaimants de Hall quantiques dans la bicouche de graphène

Un moyen permettant d'identifier expérimentalement les phases du gaz d'électrons bidimensionnel de la bicouche de graphène en empilement bernal au remplissage $\nu = 3$ est recherché lorsque le biais électrique entre les couches est varié. À ce remplissage, si on se concentre aux basses énergies, il est possible de ne s'intéresser qu'aux deux niveaux de Landau composant le niveau $N=0$ qui sont de même spin et de même vallée, mais d'orbitale différente. Puisque la texture du pseudospin orbital de ce système change selon la phase, il est attendu que le couplage avec le champ électrique de la lumière devrait changer. La dispersion des modes collectifs de chaque phase est calculée dans l'approximation GRPA (generalized random-phase approximation) dans le domaine en biais où chacune domine respectivement. L'absorption optique pour des polarisations linéaires en direction x et en direction y ainsi que pour des polarisations circulaires gauche et droite est calculée. La rotation de Faraday et l'effet Kerr sont également calculés. Des différences entre les phases sont remarquées au niveaux de la fréquence des photons qui sont absorbés, de l'amplitude de l'absorption et de la rotation de la polarisation ainsi que la sensibilité à certains types de polarisation. L'effet des modes collectifs dans les phases considérées est cependant moindre que celui qui est prédit dans un calcul qui ne tient pas compte de l'interaction de Coulomb.

Ordering induced by chemical, thermal and mechanical constraints at solid interfaces

We know that classical thermodynamics even out of equilibrium always leads to stable situation which means degradation and consequently d sorder. Many experimental evidences in different fields show that gradation and order (symmetry breaking) during time and space evolution may appear when maintaining the system far from equilibrium. Order through fluctuations, stochastic processes which occur around critical points and dissipative structures are the fundamental background of the Prigogine-Glansdorff and Nicolis theory. The thermodynamics of macroscopic fluctuations to stochastic approach as well as the kinetic deterministic laws allow a better understanding of the peculiar fascinating behavior of organized matter. The reason for the occurence of this situation is directly related to intrinsic non linearities of the different mechanisms responsible for the evolution of the system. Moreover, when dealing with interfaces separating two immiscible phases (liquid - gas, liquid -liquid, liquid - solid, solid - solid), the situation is rather more complicated. Indeed coupling terms playing the major role in the conditions of instability arise from the peculiar singular static and dynamic properties of the surface and of its vicinity. In other words, the non linearities are not only intrinsic to classical steps involving feedbacks, but they may be imbedded with the non-autonomous character of the surface properties. In order to illustrate our goal we discuss three examples of ordering in far from equilibrium conditions: i) formation of chemical structures during the oxidation of metals and alloys; ii) formation of mechanical structures during the oxidation of metals iii) formation of patterns at a solid-liquid moving interface due to supercooling condition in a melt of alloy. © 1984, Walter de Gruyter. All rights reserved.

Diffusion de représentations d’itinéraires adaptées aux personnes à mobilité réduite selon les interfaces multimodales des appareils mobiles

L’accessibilité universelle est de nos jours très importante pour nos villes, car elle permet à toute personne, ayant des incapacités physiques ou non, de mener à bien ses activités socio-professionnelles. À travers le monde, plusieurs projets ont vu le jour comme AXS Map à New York ou AccesSIG en France. Au Canada, un projet multidisciplinaire nommé MobiliSIG ayant pour lieu d’expérimentation la ville de Québec a vu le jour en 2013. L’objectif du projet MobiliSIG est de concevoir et développer une application multimodale d’assistance au déplacement des personnes à mobilité réduite. Ce projet se concentre principalement sur la constitution d’une base de données d’accessibilité se référant au modèle PPH (Processus de Production du Handicap). Nos travaux visent à définir la diffusion d’itinéraires adaptés, adaptables et adaptatifs liés à des contextes multi-utilisateurs, multiplateformes, multimodaux (interfaces et transports) et multi-environnements. Après une revue de littérature et afin d’identifier et définir les besoins liés à cette diffusion des données de navigation, nous nous sommes attelés à la description de plusieurs scénarios pour mieux comprendre les besoins des utilisateurs : planification d’un déplacement et navigation dans le milieu urbain ; parcours multimodal ; recherche d’un point d’intérêt (toilettes accessibles). Cette démarche nous a permis également d’identifier les modes de communication et représentations souhaitées de l’itinéraire (carte, texte, image, parole, …) et de proposer une approche basée sur la transformation de l’itinéraire reçu de la base de données d’accessibilité. Cette transformation est effectuée en tenant compte des préférences de l’utilisateur, de son appareil et de son environnement. La diffusion de l’itinéraire se fait ensuite par un service web de diffusion conçu selon le standard du W3C sur les architectures multimodales (MMI) en combinaison avec le concept de la plasticité des interfaces. Le prototype développé a permis d’avoir comme résultat un système qui diffuse de façon générique l’information de navigation adaptée, adaptable et adaptative à l’utilisateur, à son appareil et à son environnement.

Improving interfaces for nerve repair

Autologous nerve grafts are the current gold standard for the repair of peripheral nerve injuries. However, there is a need to develop an alternative to this technique, as donor-site morbidities such as neuroma formation and permanent loss of function are a few of the limitations concerned with this technique. Artificial nerve conduits have therefore emerged as an alternative for the repair of short peripheral nerve defects of less than 30 mm, however they do not surpass autologous nerve grafts clinically. To develop a nerve conduit that supports regeneration over long nerve gaps and in large diameter nerves, researchers have focused on functionalizing of the conduits by studying the components that enhance nerve regeneration such as micro/nano-topography, growth factor delivery systems, supportive cells and extracellular matrix (ECM) proteins as well as understanding the complex biological reactions that take place during peripheral nerve regeneration. This thesis presents strategies to improve peripheral nerve interfaces to better the regenerative potential by using dorsal root ganglions (DRGs) isolated from neonatal rats as an in vitro model of nerve regeneration. The work started off by investigating the usefulness of a frog foam protein Ranaspumin-2 (Rsn2) to coat biomaterials for compatibility, this lead to the discovery of temporary cell adhesion on polydimethylsiloxane (PDMS), which was investigated as a suitable tool to derive cell-sheets for nerve repair. The influence of Rsn2 anchored to specific adhesion peptide sequences, such as isoleucine-lysine-valine-alanine-valine (IKVAV), a sequence derived from laminin proven to promote cell adhesion and neurite outgrowth, was tested as a useful means to influence nerve regeneration. This approach improves the axonal outgrowth and maintains outgrowth long term. Based on the hypothesis that combinational modulation of substrate topography, stiffness and neurotrophic support, affects axonal outgrowth in whole DRGs, dissociated DRGs were used to assess if these factors similarly act at the single cell level. Rho associated protein kinase (ROCK) and myosin II inhibitors, which affect cytoskeletal contractility, were used to influence growth cone traction forces and have shown that these factors work in combination by interfering with growth cone dynamic creating a different response in axonal outgrowth at the single cell level.

Interfaces naturais : exploração e integração de plataformas em contexto educativo

Relatório de estágio para a obtenção do grau de mestre na área de Educação e Comunicação Multimédia

Design de interfaces dinâmicos em sistemas de gestão de conteúdos

Relatório de Estágio para a obtenção do grau de Mestre na área de Educação e Comunicação Multimédia

Compte rendu de Resche, Catherine (dir.) 2015. Terminologie et domaines spécialisés. Approches plurielles. Paris : Classiques Garnier, Rencontres 143, Série linguistique 2. 264 p.

Paru dans ASp 70, p. 127-132

HTML5 no contexto de desenvolvimento e implementação de plataformas móveis com interfaces tácteis

Dissertação apresentada ao Instituto Politécnico de Castelo Branco para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Desenvolvimento de Software e Sistemas Interativos, realizada sob a orientação científica do Doutor Pedro Nuno Moreira da Silva, Professor Adjunto da Unidade Técnico-Científica de Informática do Departamento da Escola Superior de Tecnologia do Instituto Politécnico de Castelo Branco.