Thèse de Doctorat sur l'étude du transport ionique à travers une membrane échangeuse d'ions par cartographie par spectroscopie Raman confocale. Le but de ce travail était de déterminer expérimentalement par spectroscopie Raman les profils de concentration dans la membrane et ceci pour les expériences de dialyse et d'électrodialyse. Une cellule de transport et de mesures a été spécialement conçue pour nos besoins. Dans les cas les plus simples, nous avons pu tracer les profils de concentration en fonction des points sondés par le faisceau laser dans la membrane et aussi en fonction du temps. L'établissement d'un état stationnaire a aussi pu être observé. L'autre grande partie de ce travail reposait sur le traitement des données spectrales obtenues. Expérimentalement, on obtient un nombre très important de spectres. Afin de les traiter, nous avons utilisé la technique d'analyse en composantes principales qui un outil statistique puissant de traitement de données. Cet outil permet de savoir comment varient les différents paramètres, au cours des expériences, en analysant un grand nombre de spectres Raman. On peut alors déterminer l'évolution des concentrations des différentes espèces en fonction des paramètres expérimentaux. Plusieurs communications découlent de ce travail dont un article publié dans Desalination « Confocal Raman micro-spectroscopy and electrochemical investigation of anion transport through ion-exchange membrane ».

Ce travail est consacré à l'étude des processus de décohérence dans le régime Hall quantique entier. Le transport électronique se fait alors par un ou plusieurs canaux unidimensionnels chiraux le long du bord de l'échantillon, contrôlés par des lames séparatrices mésoscopiques ou contacts ponctuels quantiques. Un réglage fin de ces contacts ponctuels quantiques permet d'obtenir des interférences de la conductance. L'étude de la visibilité de ces oscillations nous permet de sonder la cohérence du système. Dans un premier temps, nous avons étudié la visibilité en fonction de la tension drain source lorsque le canal interne est réfléchi et avons observé une structure en lobe. Nous avons montré qu'en présence d'un seul lobe, une moyenne gaussienne de la phase permettait de comprendre cette structure en lobe. Lorsque le canal interne est transmis la visibilité en fonction de la tension devient monotone: on comprend ce résultat en tenant compte du couplage entre le canal externe et interne. Dans un deuxième temps nous avons étudié la dépendance en température de la visibilité sur des MZI de différentes tailles, avons extrait pour la première fois une mesure de la longueur de cohérence de phase en régime Hall quantique et avons montré qu'elle était proportionnelle à 1/T. Nous nous sommes ensuite intéressés à l'origine de cette longueur finie de cohérence de phase. Nous avons montré que les fluctuations thermiques du canal interne combinées au couplage entre canaux étaient la source de décohérence. Enfin dans une troisième expérience, nous avons obtenu la première réalisation expérimentale quantitative d'un objet largement utilisé en théorie: la "sonde en tension".

The present thesis is a study of the evolution of defect states in devices based on wide bandgap semiconductors. The attention has been focused on light-emitting diodes based on GaN and Schottky diodes based on SiC, these latter a basic structure for the fabrication of high-power rectifiers and ionising particle detectors. In both cases, we studied the defects and their electronic properties by means of the following experimental techniques: current-voltage (I-V) measurements, in order to investigate the effect of imperfections on the transport properties of the material/device; capacitance-voltage (C-V) measurements, yielding the profile of concentration of charge carriers, and giving information on the influence of defects on this concentration; deep level transient spectroscopy (DLTS), a technique allowing for the identification and characterization of defect-originated electron levels in the gap. I also employed techniques, such as photocurrent spectroscopy (PC), allowing for the characterization of light absorption by the material and/or device versus varying photon energy. In both cases of SiC and GaN, the defect characterization was always interpreted in the framework of its influence on device operation. In the analysed LEDs the defect evolution was connected to the evolution of quantum efficiency, and in the SiC diodes we studied the effects of defect introduction on the charge collection efficiency (CCE) and on the leakage current of the device. Furthermore, for the interpretation of photocurrent spectra, I developed a model describing the generation of photocurrent considering the dispersion relations for the absorption coefficient and refractive index in the various device layers, as well as the internal reflection, transmission and interference phenomena involving the optical field within the device. The research yielded various interesting results: I detected many deep levels introduced by proton- and electron-irradiation in SiC. From the study of their annealing behaviour I concluded that one of these levels is related to a particular lattice defect, the carbon interstitial. By means of the analysis of the introduction rates of the levels and comparisons between proton and electron irradiation, I was able to distinguish between deep levels related to simple intrinsic defects and to defect complexes. In the case of the GaN LED, I found that the evolution of several independent properties are strongly correlated, meaning that a single degradation mechanism is responsible for the observed changes. In particular, I concluded that the degradation of the light emission intensity is due to the generation of defects in the active region of the device.

Il est très facile de "piéger" des phases moléculaires complexes dans des états métastables ou hors-équilibre, en usant d'actions complexes (voies athermiques), d'environnements complexes (topologie), ou en manipulant la complexité intrinsèque du système (réseaux d'interactions). Des procédés industriels les plus courants aux nanotechnologies les plus poussées, on rencontre des phases moléculaires piégées par des processus de forçage (trempe thermique, irradiation, broyage mécanique...) ou de confinement nanométrique (basse dimensionalité, hétérogénéité, champs aléatoires, phases interfaciales...). Ce document de synthèse met en avant les problématiques physiques communes à ces situations, au travers d'études expérimentales de systèmes modèles. Des matériaux forcés à intérêt pharmaceutique aux fluides complexes nanoconfinés, la puissance des approches complémentaires par des techniques locales (résonance magnétique du solide) ou collectives (diffusion de neutrons) est soulignée.

A theoretical methodology and study of charge transport through GNRs, as well as in metallic and semiconducting CNTs, with randomly distributed functional groups covalently attached to the system surface is presented. By resorting to both first principles calculations, to obtain a suitable parametrization of the electronic structure, and a fully ab initio transport approach calculation to explore conduction regimes through large and disordered systems. The quantum transport modeling is based on the Green function formalism, combining an iterative scheme for the calculation of transmission coefficients with the Landauer formula for the coherent conductance. The results describe how the conductance of the hybrid systems is altered as a function of incident electron energy and molecules coverage density. Comparing two different types of functional groups, transport regimes are explored. Phenyls and hydroxyl groups induce a local orbital rehybridization of the CNTs and GNRs anchor carbon atoms from sp2-type to sp3-type yielding a localized transport regime. On the other hand, carbene groups do not disrupt the original sp2 network of armchair and small diameter zigzag CNTs which allows for good conductance preservation.

Ce mémoire propose une étude expérimentale des réseaux de vortex supraconducteur par mesures de transport, impédance de surface et bruit de tension et de flux magnétique, ainsi que des mesures de diffraction neutronique. La technique de mesure de bruit et fluctuations électroniques est également présentée et adaptée à l'étude d'oxydes à corrélations électroniques et magnétiques particulières.

Le terme « chaos ondulatoire » désigne l'étude du comportement des ondes dans des sys- tèmes fermés dont la limite géométrique des rayons exhibe une dynamique chaotique. Cette dernière est révélée notamment par l'extrême instabilité de trajectoires que sont les orbites pé- riodiques. Comment les ondes se comportent-elles dans un système dont la limite géométrique suit une dynamique chaotique ? Dans certaines conditions particulières, elles peuvent figer le développement de la dynamique chaotique et concentrer leur énergie le long d'orbites pério- diques instables, donnant lieu à l'existence de modes singuliers, les « Scars », présentant des surintensités localisées le long de ces trajectoires. Le travail présenté dans cette thèse résulte d'une volonté de contrôler activement les modes d'un système chaotique, dans le but de faire émerger expérimentalement les modes scar. Nous introduisons un milieu à gain dans une fibre optique multimode à section transverse chaotique, système privilégié pour l'étude du chaos ondulatoire. La localisation spatiale de ce gain nous permet de contrôler l'émergence d'une fa- mille de « scars » en les amplifiant sélectivement. Nous présentons des simulations numériques validant le processus physique d'amplification, suivies d'une étude expérimentale démontrant l'amplification sélective de modes « scar » dans une fibre optique multimode.

La photoluminescence d'un monocristal de semiconducteur semignétique Cd0.8Mn0.2Te est étudiée en fonction de la température, du champ magnétique, de la puissance et de l'énergie d'excitation. L'analyse de la forme de raie montre que la luminescence sous excitation bande-à-bande contient deux composantes: le polaron magnétique de l'exciton et de l'exciton lié à un accepteur neutre. On déduit une intégrale d'échange de 0.35 eV pour le trou lié à un accepteur profond. La luminescence anti-Stokes observée sous excitation à basse énergie est attribuée à un processus d'absorption à deux étapes. Ses propriétés s'expliquent grâce à la réabsorption. Les puits quantiques semimagnétiques sont utilisés pour l'imagerie du flux magnétique dans des films supraconducteurs de type I. Alors que la croissance des lamelles de flux obéit aux prédictions théoriques, celle des tubes de flux est bloquée. Le diamètre moyen des tubes de flux est déterminé par l'énergie d'interface et la self-énergie magnétique.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de l'interdiffusion et des contraintes dans des systèmes métalliques modèles en couplant la diffraction des rayons X connue pour sa très grande sensibilité aux variations de distances interréticulaires et la modélisation. Les systèmes modèles choisis sont des multicouches Cu/Ni et Mo/V épitaxiées sur MgO. Dans ces deux systèmes le coefficient de diffusion dépend fortement de la concentration ce qui doit donner lieu lors de l'interdiffusion à des profils de concentration très asymétriques. Pour étudier l'évolution des profils de concentration et de distance lors de la cinétique d'interdiffusion, un programme couplant cinétique d'interdiffusion et évolution des spectres de diffraction symétrique coplanaire a été mis en place avec succès. Il s'appuie sur le modèle de Martin (modèle d'Ising cinétique dans l'approximation de champ moyen) pour simuler l'interdiffusion et utilise la théorie cinématique pour calculer le diagramme de diffraction. De plus, il intègre une relation d'élasticité entre champs de déformation et champs de concentration en tenant compte de la cohérence des interfaces. Ce programme a permis d'établir l'existence d'une forte asymétrie de diffusion dans les systèmes Cu/Ni et Mo/V avec des paramètres contrôlant l'asymétrie d'interdiffusion similaires pour les différents échantillons étudiés. De plus ces paramètres sont très proches de ceux donnés par la littérature établies sur des systèmes non contraints. Ce constat indique que le fort état de déformation de ces multicouches n'affecte pas la cinétique d'interdiffusion.

La microscopie à émission d'électrons balistiques (BEEM) permet l'étude locale des propriétés électroniques d'hétérostructures avec une résolution spatiale nanométrique. Au cours de ce travail de thèse, nous avons mis en oeuvre un microscope balistique sous ultravide, dédié à l'étude des propriétés électroniques d'interfaces d'hétérostructures à base de semiconducteurs III-V pertinentes pour des applications potentielles en électronique de spin. Dans un premier temps, le montage expérimental a été validé par l'étude du contact Schottky modèle Au/GaAs(001). Nous avons préalablement étudié par RHEED, STM et photoémission X la croissance épitaxiale de ce système. Une relation d'épitaxie originale Au(110)/GaAs(001) a été démontrée, la surface d'Au(110) présentant en outre une reconstruction c(2*2) liée à la ségrégation d'une demie monocouche de gallium. Les mesures de transport diffusif témoignent de la qualité du contact Schottky formé. Les mesures de spectroscopie BEEM conduisent à une hauteur de barrière Schottky locale en accord avec les mesures intégrées spatialement. Des signatures spectroscopiques marquées de l'injection d'électrons chauds dans les vallées Γ, X et L de la bande de conduction de GaAs ont également été mises en évidence. Ces résultats ont pu être interprétés théoriquement en prenant en compte les effets de structure de bande sur la propagation des électrons chauds dans la couche d'Au(110) (approches DFT-LDA, liaisons fortes), associés à la conservation de la composante parallèle du vecteur d'onde à l'interface Au(110)/GaAs(001). Afin de valider cette approche, une étude BEEM comparative a été menée sur un second système Schottky Fe(001)/GaAs(001). Pour ce système épitaxié « cube sur cube », les mesures de spectroscopie BEEM démontrent l'absence d'injection d'électrons chauds dans la vallée L du GaAs, en bon accord avec l'analyse théorique. Cette étude confirme la sensibilité du BEEM aux effets de structure électronique pour ces interfaces épitaxiées. Dans un second temps, nous nous sommes penchés sur l'étude de contacts tunnels MgO/GaAs(001), candidats potentiels pour l'injection tunnel de spin dans les semiconducteurs III-V. Les études BEEM démontrent une hauteur de barrière tunnel en accord avec les mesures de photoémission intégrées spatialement. Toutefois, localement, des canaux de conduction marqués sont observés pour des énergies électroniques spécifiques inférieures à la hauteur de barrière tunnel. Ces canaux de conduction sont attribués à des états de défauts localisés dans la bande interdite de l'isolant, associés à des lacunes d'oxygène dans MgO. Ces états de défauts sont responsables des faibles hauteurs de barrières tunnel reportées dans la littérature pour les dispositifs intégrant des barrières de MgO. Enfin, nous avons modifié le montage expérimental pour réaliser des mesures BEEM sous champ magnétique. Un électro-aimant a été installé sur la tête du microscope afin d'évoluer vers l'étude du transport d'électrons chauds dépendant du spin. Des études préliminaires sur des vannes de spin épitaxiées Fe/Au/Fe/GaAs(001) valident ce montage par l'observation de domaines et parois de domaines magnétiques.