Les oxydes modeles de basse dimension, comme les composes de spins 1/2 CuGeO3, SrCu2(BO3)2 ou NaV2O5, soulevent de nombreuses questions sur la nature de l'anti-ferromagnetisme de la phase basse-temperature, desordonne par les fluctuations quantiques. Cette these porte sur la description theorique des proprietes magnetiques de ces composes, en lien avec les nombreux resultats experimentaux. En particulier, des resultats inattendus ont ete observes dans deux experiences originales : effet de rotation de la polarisation dans une experience de diffusion inelastique de neutrons et transitions optiques ``interdites''. Pour expliquer ces effets, nous avons ete amenes a considerer des interactions anisotropes entre spins comme l'interaction de Dzyaloshinski-Moriya. Nous avons etudie les effets de cette interaction dans les systemes quantiques sans ordre magnetique et explique la structure fine de l'excitation triplet observee dans SrCu2(BO3)2. L'effet de rotation de polarisation permet d'etudier les interferences entre excitations magnetiques et phonons et est intimement lie a la presence d'anisotropie. Nous avons etabli les regles de selection dans le cadre d'une theorie perturbative dans le couplage spin-phonon et compare avec les resultats experimentaux. De meme, nous avons etudie les regles de selection des transitions optiques, en examinant non seulement l'effet de l'operateur dipolaire magnetique, mais aussi celui de l'operateur dipolaire electrique en generalisant la theorie de Fleury-Loudon. L'ordre de grandeur de l'interaction de Dzyaloshinski-Moriya - statique et dynamique - a ete reconsidere pour la geométrie de ces composes sur la base de la theorie du superechange. Nous avons montre qu'elle pouvait devenir, de facon etonnante a priori, plus grande que l'echange principal.

Les progrès des techniques de nanofabrication des dix dernières années ont permis la mise en place de protocoles visant à manipuler les charges uniques dans les nanostructures. Ces nouvelles techniques permettent d'envisager la réalisation d'expériences d'optique quantique avec des électrons. Cette thèse s'inscrit dans ce contexte. Le but de ce travail a été la construction d'un formalisme adapté à la description de telles expériences. Ce formalisme, construit en analogie avec la théorie de la cohérence quantique du champ électromagnétique de Glauber, souligne les similitudes et différences entre les photons se propageant dans le vide, et le transport électronique dans des conducteurs balistiques unidimensionnels. En particulier, il rend compte de la décohérence et de la relaxation en énergie des excitations électroniques en présence d'interactions. Un autre aspect de cette thèse a été la proposition de protocoles permettant de mesurer des quantités directement reliées aux propriétés de cohérence décrites par le formalisme de l'optique quantique électronique. En particulier, un protocole de tomographie quantique reposant sur l'effet Hanbury Brown et Twiss a été proposé pour reconstruire la cohérence à un corps d'une source monoélectronique. Ce protocole peut aussi être envisagé pour obtenir des informations sur les mécanismes de décohérence.

Divisé en deux parties, cette thèse décrit la dynamique d'aimantation de nanoparticules magnétiques. Dans la première partie, nous avons décrit une étude expérimentale détaillée de la dynamique d'aimantation dans des nanoparticules de CoPt sous forme de cœur/coquille. Pour cela, nous avons effectué des mesures d'effet Kerr magnéto-optique résolues en temps utilisant une pompe de 150 fs à 400 nm et une sonde de 150 fs à 800 nm. Nous avons étudié les différents processus qui ont lieu sur des échelles de temps bref: comme la démagnétisation ultrarapide et la précession du vecteur d'aimantation. Les résultats obtenus indiquent une possibilité d'induire un ordre supra-cristallin des nanoparticules par un recuit doux effectué par le faisceau laser absorbé par les nanoparticules. Nous avons montré qu'il y a une influence importante du recuit thermique sur les propriétés magnétiques des nanoparticules. Par exemple, ce recuit induit une transition de phase magnétique de super paramagnétique à ferromagnétique au dessus de la température ambiante. Ce ferromagnétisme se manifeste comme une augmentation de l'anisotropie magnétique des nanoparticules et par une précession du vecteur d'aimantation. La deuxième partie est consacrée à la simulation numérique des processus de renversement d'aimantation dans des nanoparticules isolées et en interaction. Dans les nanoparticules isolées, les temps de relaxation suivent la loi d'Arrhenius donnée par le modèle de Néel-Brown. Pour prendre en compte l'interaction magnétique dipolaire, nous avons introduit un modèle simple et efficace basé sur l'approximation de champ moyen. D'une manière générale, nous avons montré que l'interaction dipolaire accélère le processus de renversement d'aimantation.

Dans cette thèse nous proposons l'analyse par l'expérimentation de l'effet de la charge sur les propriétés statistiques du champ électromagnétique mesuré dans le volume utile de la chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM) ; mais aussi, le développement d'une nouvelle application de la CRBM permettant de réaliser des tests d'immunité rayonnée en conjuguant le stress thermique à l'agression électromagnétique. Dans un premier temps, nous nous intéressons à l'évaluation des principaux paramètres de calibrage dans le cas d'une chambre vide ou en présence d'un ou de plusieurs objets dissipatifs. Une attention particulière a été réservée au nombre de positions d'antenne choisi pour le relevé des mesures. En effet, les normes en vigueur traitant des mesures en chambre réverbérante apportent très peu d'explications quant au nombre de positions d'antenne requis, et un minimum d'informations sur l'influence de la charge sur le comportement électromagnétique de la chambre. Les lois de distribution des mesures de champ et de puissance, relevées au sein du volume de travail, sont évaluées à l'aide de tests statistiques d'ajustement (goodness-of-fit tests). Nous mettons en évidence de manière expérimentale la dégradation de l'indépendance des échantillons relevés sur un tour de brasseur après introduction d'objets dissipatifs faisant paraitre un meilleur ajustement des distributions statistiques aux lois de distributions idéales. Cette confusion est la source d'interprétations erronées quant à l'amélioration des propriétés statistiques du champ en CRBM en dessous de sa fréquence minimale d'utilisation. Nous apportons également un éclaircissement sur le nombre minimal de positions d'antenne à respecter pour les mesures en CRBM. Dans un second temps, nous mettons en œuvre un protocole expérimental permettant une meilleure compréhension de la variation de la charge en fonction des paramètres physiques ou position spatiale des objets introduits dans la CRBM. Cette investigation apporte des réponses sur la façon dont un équipement sous test charge la chambre, et met en évidence la relation entre la charge et la section efficace d'absorption de l'objet au lieu de son volume. Les études scientifiques récentes, préconisant de ne pas dépasser le ratio de 8% du volume total de la chambre pour l'équipement sous test, s'avèrent incomplètes. En effet, le paramètre du volume uniquement est insuffisant pour déterminer la quantité de charge. Dans un troisième temps, nous présentons une application des mesures en CRBM dans un contexte CEM (compatibilité électromagnétique) et mesures multiphysiques. Le développement d'un banc de test intégrable à la CRBM sans modifier notablement les propriétés statistiques du champ électromagnétique généré, en se basant en partie sur les résultats issus de cette thèse, permet notamment d'adapter celle-ci aux essais multiphysiques répondant aux exigences de qualification d'équipements mécatroniques intégrés dans les véhicules. Nous montrons les résultats de mesures d'immunité rayonnée d'un équipement automobile soumis au stress thermique et l'investigation de l'influence de la température sur l'immunité rayonnée de cet équipement.

Ce travail s'inscrit dans l'étude de matériaux chalcogénures susceptibles d'être utilisés dans le développement de mémoires électriques. Notre but était d'apporter un éclairage sur les matériaux et sur les mécanismes susceptibles d'expliquer les commutations électriques en leur sein. Nous ne nous sommes pas intéressés aux phénomènes de changement de phase cristallisé/amorphe intervenant, par exemple, dans le matériau stoechiométrique Ge2Sb2Te5 et à la base du développement des mémoires PC-RAM (Phase Change Random Access Memory). Nous nous sommes plutôt concentrés sur les phénomènes de commutation électrique pouvant être utilisés dans le développement de mémoires R-RAM (Resistive-Random Access Memory). Deux types de matériaux ont été étudiés : les matériaux Ag-Ge-Se sélectionnés pour le développement de " cellules à métallisation programmable " et les matériaux e2Sb2+xTe5 contenant un excès d'antimoine. Dans le premier cas, nous avons d'abord réalisé une étude fondamentale du matériau actif Agx(GeySe1-y)100-x sous forme de verre massif et de film mince. La microscopie en champ proche et la spectroscopie Raman ont été les techniques d'analyse de choix au cours de cette étude. Puis nous avons procédé à une étude de la commutation électrique au sein des films minces par une méthode originale : la microscopie à force atomique conductrice. Cette même technique nous a permis d'étudier les phénomènes de commutation électrique dans des films minces préparés par pulvérisation cathodique de cibles Ge2Sb2+xTe5 contenant un excès d'antimoine (x = 0.25, 0.5, 1).

Ce travail a porté sur la préparation et l'étude de matériaux magnétiques fonctionnels en couches dans l'optique d'une utilisation dans des micro-systèmes magnétiques. Deux systèmes de matériaux ont été étudiés: le FePt, qui est un matériau magnétique dur, et le FeRh, qui a une transition antiferromagnétique-ferromagnétique proche de la température ambiante. Dans le cas du FePt, les influences de la concentration en Pt, de l'ajout de Cu et des traitements thermiques, sur la transition de la phase A1 désordonnée, de faible anisotropie, à la phase L10 ordonnée, de forte anisotropie, ont été étudiées. Les dépendances en température de l'aimantation spontanée et du champ d'anisotropie de la phase L10 ont été déduites de l'analyse des courbes d'aimantation. Le pic d'Hopkinson qui est lié aux processus d'aimantation de la phase L10 à l'approche de la température de Curie a été modélisé. Dans le cas du FeRh, les influences de la concentration en Rh et des traitements thermiques ont été étudiées. Une analyse thermodynamique des mesures d'aimantation et des mesures de calorimétrie différentielle a été effectuée. Enfin, des couches hybrides de FePt-FeRh ont été déposées sur des substrats pré-gravés, pour démontrer la potentialité d'utiliser le FeRh pour contrôler thermiquement le champ de fuite généré par le FePt.

La diffraction des rayons X a été développée depuis près d'un siècle pour la détermination de structures cristallographiques. Mais la détermination des structures les plus complexes (protéines, structures incommensurables...) nécessite l'utilisation de la diffraction anomale, i.e. la mesure des intensités de diffraction à plusieurs longueurs d'onde au voisinage du seuil d'absorption d'un élément du cristal. Cette technique permet d'obtenir une information sur la phase du facteur de structure, ainsi que sur les positions des atomes anomaux. Dans cette thèse, nous présentons la Diffraction Anomale Dispersive (DAD), qui permet de mesurer simultanément les intensités diffractées à plusieurs longueurs d'onde, pour de nombreuses réflexions. Nous présentons deux modes de collecte, continu (DDAFS-Dispersive Diffraction Anomalous fine Structure), et discret (SMAD-Simultaneous Multiwavelength Anomalous Diffraction). Nous avons développé une procédure et un programme (DAD) pour l'analyse quantitative des images de diffraction dispersive. Ce programme permet également l'analyse d'images de diffraction monochromatique présentant des réflexions satellites proches des pics principaux. Nous présentons les deux premières expériences quantitatives de diffraction dispersive sur des cristaux biologiques. Nos résultats montrent que la détermination de structure par la méthode SMAD est possible. Des améliorations aux protocoles de collecte et d'analyse sont encore nécessaires pour ces cristaux. Une partie importante de cette thèse a été consacrée à l'étude de (TaSe4)2I : ce cristal quasi-1D présente une transition de Peierls, la condensation des atomes de tantale étant recherchée depuis 15 ans. Notre étude a d'abord caractérisé la structure en domaines de ce matériau, et la diffraction anomale a mis en évidence de manière spécifique la tétramérisation des atomes de tantale, accompagnant la modulation acoustique déjà connue.

Le transfert de spin ouvre la voie à un nouveau contrôle de l'aimantation d'un nanoaimant utilisant un courant polarisé en spin plutôt qu'un champ magnétique. Plusieurs travaux ont montré l'efficacité de ce phénomène dans des nanopiliers aux aimantations perpendiculaires. Par conséquent, nous avons décidé pour cette thèse d'analyser en détail l'effet du transfert de spin sur ces dispositifs. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à une approche globale du comportement de ces systèmes basée sur l'étude de leurs diagrammes de phase courant-champ. Grâce à la comparaison de nos données expérimentales avec différentes prédictions théoriques nous avons démontré que la plupart de nos observations sont expliquées par la brisure de la symétrie uniaxiale de nos systèmes engendrée sans doute par un axe d'anisotropie et/ou un champ magnétique non-perpendiculaires. De plus, nous avons développé une description purement énergétique de ces dispositifs permettant de comprendre simplement l'origine physique de leur comportement. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés au processus de retournement de l'aimantation de ces nanopiliers commençant par la nucléation d'un domaine et se poursuivant par la propagation d'une paroi de domaine. Notre étude combine les analyses de phénomènes thermiquement activés, de diagrammes de phase et de simulations micromagnétiques. Elles tendent toutes à montrer que le processus de nucléation est proche d'un comportement de type Stoner-Wohlfarth alors que le processus de propagation semble très dépendant de la structure de la paroi de domaine en particulier pour l'action du transfert de spin.

Pour répondre aux questions que l'on se pose actuellement sur l'univers plusieurs missions satellites sont en cours d'études. Un des pré requis de ces missions est de pouvoir refroidir les détecteurs ultra-sensibles à très basses températures T < 0.1 K. Pour refroidir les détecteurs à cette température un réfrigérateur à dilution 3He-4He en cycle ouvert a été mis au point pour le satellite PLANCK. Ce système consiste à diluer de l'3He dans de l'4He, ce processus absorbe de la chaleur. Le cycle est dit ouvert car le mélange est ensuite rejeté dans l'espace. La durée de vie, la puissance frigorifique et la température du point froid sont alors limitées par la quantité d'hélium embarquée sur le satellite. La durée de vie des futures missions satellites, supérieur à 5 ans, impose que le réfrigérateur s'affranchisse de ces contraintes de stockage de l'hélium. Dans cette thèse, nous avons travaillé sur un système de séparation des isotopes de l'hélium compatible avec les contraintes d'un satellite. Le réfrigérateur à dilution est alors en cycle fermé. Le point important de cette séparation est d'obtenir en sortie des composés assez pur pour que le processus de dilution fonctionne correctement. Nous décrivons comment l'3He est extrait du mélange par évaporation et l'4He par effet fontaine. Un prototype du réfrigérateur en cycle fermé a été construit. Les expériences menées sur ce prototype ont eu pour but de valider le concept de séparation d'isotopes, de définir les spécifications et d'améliorer les performances du réfrigérateur. La mesure de puissance frigorifique disponible au point froid satisfait les spécifications des futures missions satellites. Les expériences ont aussi montré les interactions entre les différentes parties du système: échangeur de chaleur, bouilleur, pompe à pression fontaine et les contraintes que cela impose à l'étage de pré refroidissement.

Cette thèse est consacrée aux phénomènes paramétriques optiques dans les microcavités de semiconducteurs structurées. Les non-linéarités des excitons des puits quantiques, associées au confinement optique, permettent d'observer des processus paramétriques sous excitation résonnante. Dans le régime d'oscillation, un couple de faisceaux est généré, dont les corrélations d'intensité sont potentiellement quantiques. Dans les cavités planaires, les conditions d'oscillation (angle de pompage, couplage fort) sont restrictives, et les corrélations sont limitées par le déséquilibre en intensité des faisceaux produits. Nous étudions deux approches de structuration pour lever ces restrictions. Dans la première, des microcavités sont gravées en fils. Le confinement latéral fait apparaître une collection de modes. Nous montrons dans ces fils l'existence de l'oscillation paramétrique dégénérée en énergie et mesurons les corrélations d'intensité des faisceaux générés. Les observations sont confrontées quantitativement à un modèle de polaritons en interaction. Dans la seconde approche, nous étudions des microcavités couplées. Les modes sont délocalisés sur les multiples cavités. Nous présentons l'oscillation paramétrique à basse température. Puis nous analysons un échantillon conçu pour la génération paramétrique à température ambiante. L'étude spectrale valide un modèle de système à 2 niveaux, utilisé pour prévoir les conditions d'observation du régime d'oscillation. Enfin, nous présentons une étude en polarisation de la génération paramétrique. Nous mesurons, sur une large gamme de paramètres, le rapport des potentiels d'interaction entre excitons qui conservent ou non la polarisation.