Dans le cadre d'une approche bottom-up, la fabrication de nanofils par une croissance catalysée ouvre la voie à nombres d'applications: nano--transistors verticaux à grille enrobantes, heterostructures cœur--coquilles... Avec ces nouveaux objets, de nouvelles interrogations apparaissent quant à l'influence du catalyseur et de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. Mon travail basé sur une étude spectroscopique via des expériences de photoluminescence a mis en évidence le rôle prépondérant de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. La passivation des états de surface a permis d'observer la recombinaison radiative des porteurs libres d'une phase dense : le liquide électron-trou, dans des nanofils catalysés par de l'or et du cuivre. Cette phase liquide a la particularité d'être stable thermodynamiquement et sa densité est constante. Cette propriété unique dans les semiconducteurs a conduit à l'étude quantitative de l'influence de la surface via la modification du ratio surface/volume. Une méthode originale de mesure de la vitesse de recombinaison de surface (VRS) a ainsi été développée et des VRS relativement faibles ont été mesurées indiquant une excellente passivation des états de surface. Les propriétés de volume de nanofils catalysés 'or' sont très similaires à celles d'un silicium massif utilisé en micro-électronique. Enfin, l'oxydation sacrificielle du silicium a permis d'obtenir des nanofils de diamètre inférieur à 10 nm. L'oxydation progressive des nanofils a permis d'observer un décalage de la raie vers le rouge attribué à la présence de contraintes, puis l'augmentation du gap est corrélée au confinement quantique des porteurs.

Les matériaux nanocomposites formés à partir de particules métalliques incluses dans une matrice diélectrique présentent des propriétés inusitées que l'on ne retrouve pas dans les matériaux massiques étant donné la taille nanométrique des particules métalliques. Notamment, la résonance des électrons de conduction du métal sous l'excitation d'une lumière incidente, appelée résonance plasmon de surface (spr), donne lieu à l'apparition d'une bande d'absorption dans le visible ayant une influence drastique sur les propriétés optiques du nanocomposite. La position, la largeur et l'amplitude de cette bande d'absorption sont des fonctions complexes des caractéristiques nano-structurales du nanocomposite, notamment : la nature et la concentration du métal, la taille des nanoparticules, leur forme, l'indice de réfraction de la matrice, etc. Spécifiquement, la présence de particules asymétriques, comme par exemple des particules de forme nano ellipsoïdale, permet l'observation de bandes d'absorption spr multiples résultant en un matériau non-symétrique possédant des propriétés anisotropes. Dans cette thèse, nous présenterons le développement et l'analyse de techniques avancées de fabrication permettant le contrôle précis de la synthèse d'un nanocomposite formé de nanoparticules d'or incluses dans une matrice de silice. Nous avons développé une technique en trois étapes permettant de fabriquer des couches nanocomposites comprenant des particules de tailles et de formes contrôlées. Ces étapes sont : 1) dépôt hybride pulvérisation/dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, 2) recuits thermiques, 3) irradiation à l'aide d'un faisceau d'ions de haute énergie. Subséquemment, la performance optique des matériaux fabriqués a été testée par différentes techniques afin d'en évaluer les propriétés linéaires et non-linéaires. Les premières ont été étudiées par ellipsométrie et spectrophotométrie alors que les deuxièmes l'ont été par les techniques P-Scan et Z-Scan. Plus précisément, nous nous sommes intéressés à la métrologie et au contrôle de l'anisotropie des propriétés du système nanocomposite formé par faisceau d'ions. Une nouvelle approche de mesure des propriétés optiques non-linéaires anisotropes sera présentée. Dans ce document, le lecteur retrouvera une description théorique exhaustive des propriétés optiques (linéaires et non-linéaires) des matériaux nanocomposites métal/diélectrique incluant des modèles détaillés pour la description des propriétés de chacun des constituants du nanocomposite : métal (Drude, Lorentz) et diélectrique (Cauchy).

Ce travail de thèse est dédié aux propriétés structurales et vibrationnelles de composés moléculaires comportant des nanotubes de carbone: nanotubes bifeuillets, peapods et composés ternaires. Dans la première partie de ce manuscrit, la structure de ces composés est étudiée par diffraction de poudre des rayons X et des neutrons. Les diagrammes de diffraction sont calculés numériquement et des comparaisons entre résultats numériques et résultats expérimentaux permettent de résoudre précisément la structure des composés. Dans la seconde partie de ce travail, les propriétés dynamiques des peapods et des nanotubes bifeuillets sont étudiées par diffusion inélastique des neutrons. Les densités d'états de phonons expérimentales sont comparées avec les résultats de dynamique des réseaux effectués pour différentes hypothèses structurales (dans le cas des peapods, chaînes de C60 insérées dans les nanotubes sous forme de monomères, de dimères ou de polymères).

Cette thèse présente un nouveau système d'actionnement à l'échelle nanométrique, basé sur l'intégration de multicouches antiferromagnétiques/ferromagnétiques avec une nano-structure mécanique. Ces multicouches, utilisées dans les mémoires magnétiques, présentent la particularité de maintenir une forte aimantation lorsqu'on en réduit les dimensions. De plus, le sens de l'aimantation de certains empilements peut être modifié grâce à un système thermoélectrique. Ce principe d'actionnement est illustré par deux dispositifs : le premier est un nano-commutateur bistable, qui met à profit les forces dipolaires qui s'exercent entre deux aimants. La bistabilité est atteinte grâce au retournement de l'aimantation d'un des deux empilements magnétiques. Le second système est un nano-résonateur, mis en mouvement par la force de Laplace. Nous détaillons les modèles théoriques développés pour dimensionner ces deux dispositifs. Nous présentons également les empilements technologiques permettant la réalisation de ces nanosystèmes intégrés à très grande échelle sur des plaques de 200 mm. Un des points originaux est l'utilisation d'un procédé de libération basé sur la gravure d'une couche sacrificielle de titane par du XeF2. Nous abordons également la problématique du changement des paramètres matériaux, notamment de la résistivité, lorsque l'on réduit les dimensions. Cela nous permet de donner une estimation de la résistance de contact du nano-commutateur. Enfin, des mesures effectuées en vibrométrie laser par effet Doppler montrent que le système d'actionnement du nano-résonateur est capable de mettre la poutre en résonance, réalisant la preuve de concept de ce type d'actionnement.

L'objectif majeur de cette thèse vise à déterminer les mécanismes de dopage des oligoanilines et trouver les meilleures conditions d'élaboration de couches minces d'oligoanilines en vue de leur intégration comme matériaux actifs dans les capteurs. Dans un premier temps nous présentons une étude spectroélectrochimique des oligoanilines en solution afin de déterminer leur structure électronique à l'état neutre puis de suivre les modifications de cette structure électronique lors de l'oxydation et de la protonation. A l'aide de ces différents résultats, nous avons pu faire correspondre les variations de position des bandes Raman observées avec les variations des constantes de forces considérées. L'interprétation de ces ajustements nous a amenés à proposer des schémas réactionnels. Ensuite nous présentons les caractérisations cristallographique et optique de monocristaux de terphényldiamine. Deux structures sont ainsi mise en évidence et caractérisées finement, travail déterminant pour l'étude des oligoanilines déposées en couches minces. Les paramètres de dépôts des couches minces sont alors présentés et l'étude de ces couches est réalisée par microscopie à force atomique, microscopie électronique à balayage et enfin par spectroscopie Raman. L'influence des conditions de mise en oeuvre sont mise en avant ainsi que les conséquences sur la morphologie et la nature des espèces dopées. Finalement, après une étude bibliographique sur les capteurs et sur les modèles de conduction dans les polymères et les oligomères conducteurs, une étude des propriétés électriques en fonction du dopage par vapeurs et en fonction de la température est présentée.

Cette thèse traite de composés magnétiques géométriquement frustrés, cristallisant dans la structure pyrochlore, c'est-à-dire un arrangement tri-dimensionnel de tétraèdres reliés entre eux par leurs sommets. Tout d'abord, on montre que le liquide de spins Tb2Ti2O7 pose un certain nombre de difficultés quant à sa fabrication, certaines propriétés physiques mesurées étant très dépendantes des conditions de croissance. Cependant, deux températures caractéristiques, indépendantes des échantillons, à 2 et 50 K, ont pu être mises en évidence par différentes techniques expérimentales, et ce, sur différents échantillons. Ensuite, l'étude de la dynamique de spins dans Tb2Sn2O7, une glace de spins ordonnée, suggère l'existence d'un mécanisme complexe, caractérisé par plusieurs temps de fluctuations, dont l'un est de l'ordre de 10^{-10} s. Pour ces deux composés, il est montré, par des mesures microscopiques mais également macroscopiques, que les niveaux de champ cristallin de plus basse énergie sont deux singulets, séparés d'environ 2 K, et non un doublet comme généralement admis. Concernant l'étude du composé antiferromagnétique Er2Ti2O7 de symétrie XY, certaines mesures suggèrent une dynamique de spins à basse température, conséquence d'excitations. Enfin, l'analyse des résultats obtenus pour le composé antiferromagnétique Heisenberg Gd2Sn2O7 met en évidence des contradictions concernant l'existence ou non d'une dynamique de spins à basse température.

L'effet Nernst, bien que peu exploité depuis sa découverte en 1886, a acquis récemment une place importante dans le domaine des électrons corrélés. Au cours de cette thèse, nous avons utilisé l'effet Nernst afin d'étudier deux exemples de systèmes corrélés, un supraconducteur NbxSi1-x et un fermion lourd PrFe4P12. Dans l'étude des films amorphes supraconducteurs de Nb0.15Si0.85, le signal Nernst observé est en parfait accord avec la prédiction théorique de Ussiskhin, Sondhi et Huse (USH) dans la limite de faible champ magnétique et près de Tc. La théorie USH qui se fonde sur l'existence de paires de Cooper au temps de vie fini au-dessus de Tc, relie directement le coefficient Nernst à la longueur de corrélation à champ nul, c-à-d la taille des paires de Cooper fluctuantes. L'étude approfondie des données a montré que, de façon plus générale, le signal Nernst est déterminé par une seule longueur, la longueur de corrélation à toute température et tout champ magnétique. La théorie USH n'est que la limite bas champ d'une théorie plus générale qui relierait le coefficient Nernst à la longueur de corrélation. Ces résultats démontrent que le signal Nernst observé au-dessus de Tc jusqu'à très haute température (30 xTc) et jusqu'à très haut champ magnétique (3 X Bc2) dans les films amorphes de Nb0.15Si0.85 est généré par les fluctuations supraconductrices de type paires de Cooper fluctuantes. La seconde étude que nous avons effectuée dans le composé fermion lourd PrFe4P12 nous a permis de caractériser les phases qui apparaissent dans ce matériau à basse température. L'amplitude exceptionnelle de l'effet Nernst observée dans la phase ordonnée à bas champ magnétique est la conséquence de trois facteurs indépendants : une faible densité de porteurs, une augmentation de la masse effective et un grand libre parcours moyen. Ce comportement est caractéristique d'un fermion lourd semi-métallique. L'augmentation importante du pouvoir thermoélectrique dans la phase ordonnée est révélatrice d'une destruction importante de la surface de Fermi. La phase qui apparaît à haut champ magnétique pour la direction [111] semble également liée à une restructuration de la surface de Fermi, bien que moins importante, associée à un comportement non liquide de Fermi. Le changement de signe de l'effet Nernst lors de l'apparition de la phase à haut champ magnétique pourrait s'interpréter comme le signe d'une transition métamagnétique.

Des nanobâtonnets de trioxyde de tungstène peuvent être élaborés sur un substrat de mica de type muscovite à l'aide d'une méthode simple de dépôt en phase vapeur. La croissance de ces objets semble obéir à un mode de croissance de type Stranski-Krastanov. Les nanobâtonnets sont majoritairement constitués d'une phase hexagonale métastable qui a été mise en évidence par MET. Cette structure se forme à partir d'un bronze de tungstène interfacial de structure hexagonale, qui croît en épitaxie sur le mica. Ce bronze contient du potassium provenant du substrat. Pour les bâtonnets les plus épais, la phase hexagonale est surmontée d'une structure monoclinique. La stabilité thermique de la structure hexagonale est importante puisqu'après un recuit à 600°C cette phase subsiste alors que la morphologie en bâtonnets est détruite. Les processus stabilisants la structure hexagonale sont apparemment à dissocier de ceux conduisant à la morphologie en bâtonnets. Le potassium joue un rôle majeur lors de la croissance des nanobâtonnets de WO3. Des élaborations de nanophases d'oxyde de tungstène suivies in situ par photoémission ainsi que par EXAFS de surface sur des substrats volontairement dopés avec du potassium mettent en évidence la forte affinité de cet élément avec le tungstène. Celle-ci peut même entraîner la décomposition partielle d'une molécule telle que du carbonyle de tungstène juste physisorbée à température cryogénique. En outre, la présence du potassium conduit à des phases plus oxydées qu'en son absence.

Ce mémoire a trait à la nitruration du phosphure d'indium. Le phosphure d'indium est un semiconducteur III-V présentant un fort potentiel dans les domaines de la micro et de l'optoélectronique. La nitruration est un traitement de surface intervenant dans la croissance d'hétérostructures du type InN/InP.<br /> L'étude du processus de nitruration de l'InP(100) nécessite d'avoir une parfaite connaissance de l'état de la surface des substrats. Cette étude a été menée en employant différentes spectroscopies électroniques : spectroscopie des électrons Auger, des photoélectrons X, des pertes d'énergie des électrons et spectroscopie des électrons réfléchis élastiquement. Les effets du bombardement ionique -étape préalable à la nitruration- et du chauffage à une température égale à celle utilisée pour la nitruration ont été analysés. Le bombardement ionique entraîne la création de cristallites d'indium métallique qui subissent une transformation 3D-2D sous l'effet de la température.<br />La nitruration est réalisée dans un bâti ultravide. L'échantillon d'InP est exposé à un flux d'azote actif produit par une source à décharge haute tension. Les espèces azotées consomment les cristallites d'indium métallique précédemment créés par le bombardement ionique pour former de l'InN. Les effets du temps d'exposition au flux d'azote ainsi que de l'incidence du flux par rapport à la surface de l'échantillon ont été étudiés. Il s'est avéré que pour 40 minutes d'exposition sous une incidence rasante l'épaisseur des couches de nitrure était la plus importante. <br />L'étude d'un recuit des monocouches atomiques d'InN sur substrat d'InP à 450°C a montré le pouvoir passivant du film de nitrure puisque aucune détérioration du substrat n'a été constaté alors que la température de congruence de l'InP est de 370°C.

Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale des propriétés électroniques des nanotubes de carbone par des techniques de spectroscopie de photoluminescence.<br /> Le travail a d'abord consisté en la préparation et la caractérisation d'échantillons de nanotubes de carbone isolés les uns des autres dans une suspension de surfactant. Ils présentent alors de la luminescence. Intégrés ensuite dans un gel, ils sont adaptés aux températures entre 10 et 300 K. <br /> Le premier volet d'expériences a concerné la spectroscopie de luminescence en régime stationnaire. Les mesures sur des ensembles macroscopiques permettent d'identifier les classes de chiralité présentes et mettent en évidence divers phénomènes de couplage des nanotubes entre eux et à leur environnement. Grâce à un montage de microscopie confocale, on a en outre étudié la luminescence d'un nanotube unique. On s'affranchit ainsi de l'inhomogénéité de l'échantillon, comme le montrent les faibles largeurs de raies (moins de 1 meV à 10 K) et les phénomènes de diffusion spectrale et de clignotement observés à l'échelle de la seconde.<br /> Le second volet d'expériences est consacré à la spectroscopie de photoluminescence résolue en temps à l'échelle picoseconde, sur des ensembles de nanotubes. On mesure la dynamique de recombinaison des excitations élémentaires (excitons), sur 3 ordres de grandeur de variation, dans les chiralités (9,4) et (10,2). L'évolution du temps de vie (300 ps à 10 K, 50 ps à 300 K) et de l'intensité de la luminescence (présentant un maximum à 50 K) donne des informations sur la structure des états excitoniques. On estime en particulier qu'il existe un niveau noir 4 meV en dessous de l'état luminescent.