This work is concerned with the design design full functional nodes and to evaluate an application in wireless sensor network. The resulting designed product could form a reliable support for transferring data between nodes and a computer. MaxStream XBee ZNet 2.5 modules are chosen as the radio platform and LabVIEW as the virtual instrument for user interface.

Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale de la dynamique de l'aimantation induite par le couple de transfert de spin dans des nanopiliers magnétiques. La découverte récente qu'un courant polarisé en spin peut exercer, via un transfert de moment angulaire de spin, un couple sur l'aimantation d'un matériau ferromagnétique offre un nouveau moyen pour manipuler une aimantation sans appliquer de champ externe. Ce couple dit de "transfert de spin" peut, pour un courant suffisamment élevé, retourner l'aimantation ou dans d'autre conditions, générer des états de précessions entretenus de l'aimantation associées à la génération de micro-ondes. Dans cette thèse, nous avons étudié l'effet de transfert de spin dans des structures magnétiques spécifiques de type Co/Cu/Ni80Fe20, dans lesquelles une dépendance angulaire du couple non strandard, dite "oscillante", est prédite par les modèles diffusifs de transfert de spin. Ce couple "oscillant" modifie profondément la dynamique de l'aimantation induite par le couple de transfert de spin et permet en particulier d'obtenir des états de précession de l'aimantation sans champ appliqué, uniquement en injectant un courant continu dans la structure. Les caractérisations en transport statique et les mesures haute-fréquence effectuées sur des nanopiliers magnétiques à couple oscillant ont permis de mettre clairement en évidence la présence de modes de précession entretenue de l'aimantation à champ faible et même à champ nul, en accord avec les prédictions des modèles. Elles montrent par ailleurs des caractéristiques dynamiques induites par le courant inédites, qui peuvent s'expliquer par des simulations macrospin de la dynamique de l'aimantation. Ce travail de thèse apparaît comme un test réussi des modèles diffusifs de transfert de spin et ouvre la voie à un nouveau type d'oscillateur à transfert de spin qui ne nécessite pas de champ appliqué.

Ce travail a été mené dans le cadre du programme ‘matériaux' du CNRS. Il s'intègre à ce titre dans une étude plus vaste des matériaux magnétiques doux (projet n°154 : ‘matériaux magnétiques doux nanostructurés').<br /> Cette étude a consisté à élaborer puis caractériser des composites à base de ferrite commercial broyé et de poudres de Fe et FeNi nanométriques. L'objectif est de profiter de la résistivité du ferrite spinelle d'une part, ainsi que de la forte aimantation et des propriétés magnétiques douces de particules métalliques nanométriques d'autre part. La dispersion du métal dans le ferrite est réalisée par cobroyage.<br /> Nous rappelons tout d'abord certaines bases du magnétisme, en s'attardant plus longuement sur le ferromagnétisme et le ferrimagnétisme (chapitre I). Puis sont présentées les propriétés particulières physiques et magnétiques des matériaux nanométriques (chapitre II).<br />Le mode d'élaboration des composites nanostructurés – préparation des poudres, cobroyage, compactage et frittage – est ensuite détaillé (chapitre III), ainsi que les techniques de caractérisation structurale utilisées lors de ce travail (chapitre IV). Nous présentons enfin les résultats des différentes mesures, ainsi que leur interprétation (chapitre V), en mettant en avant l'influence des différentes étapes de l'élaboration sur les propriétés structurales et magnétiques des composites. <br /> Nous avons montré que la réaction d'oxydo-réduction entre le fer et le ferrite MnZn dégradait les propriétés magnétiques des deux composés. C'est pourquoi nous avons testé une combinaison Fe25Ni75-ferrite, qui s'est révélée chimiquement plus stable. Des microphotographies ont montré que la méthode d'élaboration réalise bien la dispersion des particules métalliques dans le ferrite, et que ces particules restent nanométriques après frittage. Les caractérisations magnétiques et structurales ont toutefois démontré que cette méthode introduit des contraintes et un taux de porosité non négligeables dans le matériau, qui sont préjudiciables à ses propriétés magnétiques.

Le composé intermétallique Ni3Fe et les alliages 79Ni16Fe5Mo et 77Ni14Fe5Cu4Mo (% massique) ont été élaborés par broyage mécanique de haute énergie. Le temps minimum pour leur obtention a été établi. La formation de ces alliages a été suivie par diffraction de rayons X, de neutrons et analyses thermomagnétiques. Pour le composé intermétallique, l'effet bénéfique de recuits (à 400 et 450 °C) sur la formation de l'alliage et des propriétés magnétiques a été mis en évidence. La température de recristallisation et l'enthalpie de formation de Ni3Fe ont été déterminées par analyses calorimétriques différentielles. L'évolution du champ coercitif en fonction du temps de broyage et de la taille de grain est aussi présentée. La formation des alliages à base de nickel au cours de recuits a été analysée. Le diagramme broyage – recuit – transformation pour le composé Ni3Fe a été étendu. Pour l'alliage NiFeMo, l'évolution de l'aimantation en fonction du temps de broyage est présenté, ainsi que la reproductibilité des propriétés magnétiques de diverses séries d'échantillons. La sensibilité de la diffraction neutronique a été utilisée pour mettre en évidence la présence de contamination par les jarres et/ou les billes lors de broyage long. Pour l'alliage NiFeCuMo, l'évolution de l'aimantation spontanée en fonction du temps de broyage est analysée. L'influence du temps de broyage sur la composition de l'alliage est montrée. Pour les longs temps de mécanosynthèse, une différence entre les températures de Curie mesurées en montée et en descente est alors observée et discutée.

Cette thèse a initié en France la thématique des cellules solaires à hétérojonctions a-Si:H/c-Si. Cette technologie consiste à déposer des couches de silicium amorphe sur des substrats de silicium cristallin ce qui présente l'avantage (par rapport aux homojonctions) de fabriquer des cellules solaires à haut rendement entièrement à basse température (< 200 °C). Elle permet aussi de réaliser plus aisément des cellules sur substrats c-Si très minces (< 150 μm). Les substrats utilisés sont ici essentiellement des c-Si de type p. Les couches a-Si:H, pm-Si:H ou μc-Si sont déposées par RF-PECVD. Une attention particulière est portée au dépôt d'ITO, aux étapes de nettoyage et à la reproductibilité. Les cellules solaires ont été développées dans un souci constant d'industrialisation : grande surface (25 cm2) et métallisations bas coût sérigraphiées. Malgré cela, les rendements ont progressé de 9 % à 17 % avec les meilleurs Vco compris entre 660 mV et 677 mV (à l'époque un record). Une excellente passivation a été obtenue avec une vitesse de recombinaison de 16 cm/s moyennée sur 25 cm2.<br /><br />Un travail plus théorique associant mesures ellipsométriques in situ, mesures HR-TEM et mesures de capacité, SIMS et simulations a permis d'obtenir plusieurs résultats originaux et de montrer que la physique des cellules à hétérojonctions a-Si:H/c-Si était encore mal comprise. Des paradoxes ont été découverts et élucidés concernant le rôle du « bombardement ionique »,<br />de la croissance épitaxiale et des discontinuités de bande. Une conclusion essentielle est que les discontinuités de bande du système a-Si:H/c-Si ne sont pas constantes et que leur valeur dépend (notamment) du contenu en hydrogène. Cela ouvre la voie à une ingénierie des discontinuités de bande des cellules solaires à hétérojonctions.

Un électron au dessus de l'hélium présente un spectre quantifié. L'interaction avec l'environnement est estimée suffisamment faible afin de permettre la réalisation d'un bit quantique (qubit) en utilisant les deux premiers niveaux d'énergie.<br />La première étape dans la réalisation de ce qubit consiste à piéger et à contrôler un unique électron. Ceci a été réalisé grâce à un jeu d'électrodes micro-fabriquées définissant un puits de potentiel dans lequel l'électron est piégé. Nous sommes capables avec un tel échantillon de piéger et de détecter un nombre variables d'électrons entre 1 et une vingtaine.<br />Cela nous a alors permis d'étudier le comportement statique d'un petit nombre d'électrons dans un piège. Ils sont supposés cristallisés et formés des structures appelées molécules de Wigner. De telles molécules n'ont pas encore été observées avec des électrons au-dessus de l'hélium. Sans apporter de preuves formelles, nos résultats sont en faveur d'une cristallisation de Wigner.<br />Nous avons ensuite essayé de caractériser plus précisément le qubit. Nous avons cherché à réaliser une lecture projective (dépendant de l'état du qubit) et une mesure du temps de relaxation. Les résultats ont été obtenus en excitant l'électron par un champ électrique incohérent. Une mesure propre du temps de relaxation nécessiterait un champ électrique cohérent. La conclusion ne peut donc pas être définitive mais il semblerait que le temps de relaxation soit plus court que calculé théoriquement. Cela est peut-être dû à une mesure de la relaxation entre les états d'oscillations dans le piège et non entre les états du qubit.

Ce travail vise à accroître la compréhension et la maîtrise des processus d'ablation laser en régime femtoseconde en s'appuyant sur l'étude, en particulier spectroscopique, de l'émission optique du panache de matière ablatée par des impulsions dont on contrôle la fluence laser et la forme temporelle. Le chapitre 1 consiste en une synthèse de la bibliographie sur l'ablation en régime femtoseconde en partant de l'absorption de l'énergie optique par le système électronique, jusqu'à la thermalisation des électrons et des ions et à l'évolution thermodynamique consécutive subie par le matériau irradié. Les conséquences induites sur les produits de l'ablation et sur la formation du plasma sont abordées. L'ensemble du dispositif expérimental mis en jeu dans cette étude est présenté au chapitre 2 avec en particulier la description de la mise en forme temporelle des impulsions laser par la modulation spectrale de leur phase à partir d'un modulateur spatial de lumière. Les chapitres 3 et 4 présentent les résultats de l'étude des panaches d'ablation respectivement induits à partir de cibles d'aluminium et de laiton. Une attention particulière est portée à l'influence de la mise en forme temporelle des impulsions et plusieurs optimisations de l'interaction sont décrites. Dans le cas de l'aluminium, les données expérimentales sont confrontées aux résultats de simulations numériques afin de proposer des schémas d'interprétation du phénomène d'ablation en régime femtoseconde et de sa réponse à la mise en forme temporelle des impulsions laser. Ces études ont permis de montrer la possibilité de modifier le couplage énergétique entre les impulsions laser et la cible irradiée, d'influencer les proportions de matière éjectée sous forme liquide et sous forme atomisée, de contrôler l'état d'excitation du panache d'ablation et enfin de maîtriser la génération de micro et nanoparticules. Le chapitre 5 clôture ce travail par une analyse de la structuration périodique induite à la surface de cibles métalliques en régime femtoseconde puis en fonction de la forme temporelle employée pour le dépôt énergétique. Ce dernier chapitre permet de compléter l'étude des comportements de la matière éjectée par une exploration des structures adoptées par la matière non-ablatée.

Les propriétés optiques et vibrationnelles du PEDT et de certains dérivés sont étudiées, au moyen de spectroscopies optiques : diffusion Raman, absorption infrarouge, absorption optique. Ces résultats permettent d'interpréter les modifications de structure électronique qui se produisent le long de la chaîne polymère lors du dopage électrochimique, et d'en proposer un mécanisme. Nous présentons tout d'abord une étude optique du polymère synthétisé par voie électrochimique, puis celle des propriétés d'un polymère résultant d'une synthèse chimique. Nous présentons également l'étude du polymère synthétisé à l'état neutre. Ensuite sont présentées la synthèse d'un composé intrinsèquement soluble, comportant une chaîne alkyle avec 14 carbones, et l'étude de ses propriétés optiques, afin de dégager l'influence de la chaîne latérale sur ces propriétés. Des calculs de dynamique moléculaire sont effectués afin de permettre une interprétation en termes de modes de vibrations de ces expériences, ce qui conduit alors à la proposition d'un mécanisme d'oxydation des polymères. L'étude de l'influence du groupement latéral sur les propriétés du polymère a été poursuivie sur d'autres dérivés comportant cette fois-ci une chaîne alkoxy. Enfin, nous présentons la synthèse de nanotubes de PEDT ainsi que les premiers résultats obtenus dans cette nouvelle orientation.

Afin de permettre la mesure de champs magnétiques extrêmement faibles, comme ceux produits par l'activité neuronale lors des taches cognitives, nous avons proposé et réalisé un capteur femtotesla (10-15T) associant l'électronique de spin et la supraconductivité offrant une alternative en technologie couches minces et à 77K aux capteurs les plus sensibles actuellement que sont les SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices) à basse température critique (4K). Le principe de base de ces capteurs, appelés capteurs mixtes, repose sur l'association d'un transformateur flux-champ très performant, obtenu grâce à une large boucle supraconductrice comprenant une constriction, et d'un capteur magnétique de type GMR ou TMR métallique de grande sensibilité. Des niveaux de détectivité de quelques fT/√Hz dans le bruit thermique ont pu ainsi être atteints à l'azote liquide, ce qui est comparable aux performances des SQUIDs à l'hélium liquide. Il existe cependant un bruit en 1/f à basse fréquence, dû au faible volume de l'élément magnétorésistif, qui limite les performances du capteur en dessous de 1kHz. Des techniques de suppression de ce bruit basse fréquence par bascule sur des points de référence du capteur sont étudiées et permettent déjà de réduire ce bruit de plus d'un ordre de grandeur, ce qui permet d'atteindre 0.1pT/√Hz à 1Hz. Grâce à ces capteurs, il a été possible de réaliser des premières mesures de la composante magnétique du signal cardiaque (signal de quelques pT/√Hz). Le très faible niveau de bruit thermique a permis également de réaliser des mesures de résonance quadrupolaire nucléaire sur des composés azotés qui est une technique de détection sélective d'explosifs. Nous avons aussi montré la possibilité de mesurer la résonance magnétique nucléaire du proton à très faible champ. Cela nous a conduit à développer un dispositif d'imagerie par résonance magnétique pour réaliser des images 3D à très bas champ (<20mT), ce qui présente un très grand intérêt pour la réalisation de systèmes d'IRM portables, faible coût, qu'il serait aussi possible d'intégrer dans un système de magnétoencéphalographie.

Par l'association d'une molécule organique colorée avec une matrice inorganique incolore, les composés hybrides sont une solution appropriée pour l'obtention de pigments stables. Ces composés sont en effet capables de résister au temps et aux conditions du milieu les environnant : la stabilité de la couleur est assurée après fixation ou encapsulation de la molécule organique à la surface d'un minéral ou dans une matrice microporeuse. Dans ce travail, nous étudions la diffusion et le processus de physisorption de l'indigo à l'intérieur des cavités et canaux d'alumino-silicates ordonnés tels que les zéolithes. Nous obtenons un complexe hybride, dont la couleur et la stabilité se rapprochent de celles du pigment Bleu Maya archéologique. Le processus physico-chimique à l'origine de la stabilité remarquable du Bleu Maya est encore très controversé. L'élaboration et l'étude du composé archéomimétique ouvre alors de nouvelles perspectives sur la compréhension des caractéristiques spectroscopiques et structurales du Bleu Maya. Les composés analogues sont caractérisés en combinant spectroscopies optiques et vibrationnelles, diffraction des rayons X sur poudre et monocristaux, et diffusion quasi-élastique des neutrons. Nous montrons que l'indigo diffuse sous la forme de monomères dans le réseau de canaux de certaines zéolithes, et se localise en stabilisant le minéral dans un état métastable. Ce travail sur les pigments hybrides anciens et leurs analogues modernes est le premier exemple sur la façon dont les matériaux anciens peuvent être une source d'inspiration dans la conception de matériaux fonctionnels modernes.