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Avec les besoins croissants en enregistrement magnétique à haute densité, un effort important a été apporté à la fabrication et au contrôle des nanoalliages magnétiques. En effet les alliages magnétiques possèdent des propriétés beaucoup plus intéressantes que les métaux purs, en particulier les alliages chimiquement ordonnés (par exemple une forte anisotropie magnétique). Quand ces alliages se retrouvent à l'échelle du nanomètre, leurs propriétés peuvent de plus être exaltées ou fortement modifiées. Ces dix dernières années, une grande attention s'est tournée sur les remarquables propriétés magnétiques de l'alliage ordonné FeRh, d'un point de vue tant fondamental que technologique. En effet l'alliage FeRh présente, dans une étroite gamme de composition proche de l'équiatomique, une transition magnétique d'un état antiferromagnétique (AFM) vers un état ferromagnétique (FM). Cette transition est observée, dans l'alliage massif, à une température proche de 370K, soit au-dessus de la température ambiante. Cet alliage est de ce fait un excellent candidat pour l'enregistrement magnétique assisté thermiquement ainsi que pour la microélectronique. Le travail présenté est centré sur l'élaboration et l'étude de nanostructures de FeRh de différentes morphologies. Toutes les nanostructures ont été élaborées par voie physique dans un bâti ultra-vide de pulvérisation cathodique. Une attention particulière s'est portée sur l'évolution des caractéristiques structurales, et dans certains cas magnétiques, des nanostructures, en fonction de leur taille et des paramètres d'élaboration. Deux types de nanostructures ont été étudiés : des films minces épitaxiés sur un substrat cristallin de MgO (001) et des nanoparticules élaborées dans une matrice d'alumine amorphe. L'évolution des caractéristiques morphologique, chimique et structurale a été analysée par diffraction des rayons X et par microscopie électronique en transmission et spectroscopies associées. Les propriétés magnétiques ont été étudiées macroscopiquement par magnétométrie à échantillon vibrant (VSM) et in-situ dans un microscope par holographie électronique. / With the increasing demand for ultra-high density magnetic recording, an important effort was put on fabrication and control of magnetic nanoalloys. Indeed, magnetic alloys possess much more interesting properties than magnetic pure metals in particular chemically ordered alloys (higher magnetic anisotropy). When these alloys have a nanometer size, their properties may change significantly. In the last decade, much attention has been paid to the remarkable magnetic properties of the FeRh ordered alloy, for both fundamental and technological issues. Indeed, the FeRh alloy presents, in a very narrow range of composition close to the equiatomic one, a magnetic transition from antiferromagnetic (AFM) to ferromagnetic (FM) state. This transition takes place at a temperature close to 370K in the bulk, i.e. slightly higher than room temperature, which make with alloy particularly attractive for applications as heat-assisted magnetic recording or for microelectronics. The present work focuses on the fabrication and study of FeRh nanostructures with different morphologies. All the nanostructures were grown by dc magnetron sputtering in an ultra-high vacuum chamber. Particular attention was paid to the evolution of the structural, and eventually magnetic, characteristics of the nanostructures as the function of their size and the growth conditions. Two types of nanostructures were studied: thin films epitaxially grown on MgO (001) and nanoparticles embedded in an amorphous alumina matrix. The evolution of the morphological chemical and structural characteristics was analyzed by high-angle X-ray diffraction (XRD) and by transmission electron microscopy (TEM) and associated spectroscopies. Magnetic properties were studied by vibrating sample magnetometer and in-situ in a microscope by electronic holography.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’objectif de cette thèse était d’étudier les mécanismes responsables de la luminescence des ions lanthanides dans des polymères de coordination. Pour cela, des séries d’alliages moléculaires à base d’acide 4 carboxyphénylboronique ont été synthétisées, en faisant varier les proportions relatives des ions lanthanides. Les produits synthétisés ont été étudiés dans la perspective de leur application dans les domaines de la lutte anti-contrefaçon et des thermomètres moléculaires. D’autre part, de nouveaux systèmes utilisant d’autres dérivés d’acide boronique ont été synthétisés. Une nouvelle structure cristalline a été obtenue à base de l’acide 2-carboxyphénylboronique. La seconde partie de cette thèse a porté sur la synthèse et la caractérisation de poudres microcristallines de type coeur-coquille. Il s’agit de la première micro-structuration de polymères de coordination réalisée à l’échelle micrométrique. Les poudres synthétisées ont été caractérisées par microscopies électroniques à balayage, à transmission et par analyses EDS. Leurs propriétés optiques ont été comparées avec celles des alliages moléculaires. Les résultats obtenus ont mis en évidence l'intérêt de la micro-structuration de ces poudres concernant les transferts d'énergie intermétalliques. Cette technique de synthèse basée sur la croissance épitaxiale, est rendue possible par les propriétés chimiques similaires des terres rares. Nos travaux ont montré que lorsque les constantes thermodynamiques et\ou cinétiques le permettent, la phase cristalline de la coquille présente la structure cristalline du cœur même lorsque le composé constituant la coquille cristallise dans une autre phase lorsqu'il est synthétisé seul. / The aim of this thesis was to study the luminescence mechanisms of lanthanide ions in coordination polymers. Series of molecular alloys (hetero-lanthanide compounds in which lanthanide ions are randomly distributed) based on 4-carboxyphenylboronic acid were synthesized, by varying the relative contents of the lanthanide ions. The synthesized products have been studied from the perspective of their application in the fields of anti-counterfeiting and molecular thermometers. On the other hand, new systems using other boronic acid derivatives have been synthesized. A new crystal structure was obtained based on 2-carboxyphenylboronic acid. The second part of this thesis focused on the synthesis and characterization of core-shell microcrystalline powders. This is the first time that micro-structuration of a coordination polymer is achieved at the micrometric scale. The synthesized powders were characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and EDS analyses. Their optical properties have been compared with those of the corresponding molecular alloys. The obtained results highlighted the interest of the micro-structuration concerning intermetallic energy transfers. This strategy of synthesis based on epitaxial growth, is possible because of lanthanide similar chemical properties. This work demonstrates that in the case where the thermodynamic and\or kinetic constants allow it, the shell crystallizes according to the same crystal structure than the core even if its crystal structure is different when it is synthesized alone.

Le sujet de thèse concerne l'étude de réseaux réguliers de nanofils magnétiques auto-organisés. Deux approches ont été utilisées pour la fabrication : 1) Préparation de réseaux planaires de nanofils alternés (Fe,Ag) sur Mo(110). Ce mode de croissance est attribué au caractère non miscible des deux métaux et à un mécanisme modulé de relaxation des contraintes d'épitaxie. 2) Préparation de nanofils de Fer sur une surface déjà structurée en tranchées périodiques. Ces tranchées se forment spontanément lors de la croissance homoépitaxiale d'un métal cc de W(110) (ou Mo) à température modérée. La période de la structuration unidimensionnelle est contrôlable par la température de dépôt. La deuxième étape consiste à déposer le Fer sur ce gabarit. Pour une température définie, Fe croît au fond des tranchées pour former des fils régulièrement espacés. Des réseaux de fils en trois dimensions ont aussi été fabriqués. Du point de vue magnétique, les deux systèmes présentent une forte anisotropie uniaxiale avec l'axe de facile aimantation planaire, le long des fils. A température ambiante les systèmes sont superparamagnétiques. L'évolution de la coercitivité en fonction de la température s'interprète selon un processus de renversement d'aimantation thermiquement activé par nucléation/propagation. Le renversement met en jeu plusieurs fils couplés pour le premier système et s'effectue au sein des fils individuels dans le deuxième.

Le développement des structures de grains se formant durant les procédés de soudage par fusion a un large impact sur les propriétés et la résistance mécaniques des assemblages. Des défauts, tels que la fissuration à chaud, sont aussi liés à la texturation de grains propre à l'étape de solidification. La simulation directe du développement tri-dimensionnelle (3D) des structures de grains dans ces procédés, à l'échelle industrielle, est rarement proposée. Dans ce travail, une modélisation couplée 3D Automate Cellulaire (CA) - Eléments Finis (FE) est proposée pour prédire la formation des structures de grains dans les procédés de soudage multipasses GTAW (Gas Metal Arc Welding) et GMAW (Gas Metal Arc Welding). A l'échelle macroscopique, la modélisation FE permet la résolution des équations de conservation de la masse, de l'énergie et de la quantité de mouvement pour l'ensemble du domaine en s'appuyant sur un maillage adaptatif. Pour le procédé GMAW avec apport de matière, le modèle FE est enrichi et développé dans une approche level set (LS) afin de modéliser l'évolution de l'interface métal / air due au développement du cordon de soudure. Le domaine FE contient ainsi la pièce étudiée et l'air environnant dans lequel le cordon se développe. Les calculs FE sont couplés avec l'approche CA utilisée pour modéliser le développement de la structure de grains. Un maillage fixe ('maillage CA') est superposé au maillage adaptatif FE ('maillage FE'). Les champs macroscopiques propres au maillage FE sont ainsi interpolés entre le maillage adaptatif FE et le maillage fixe CA. Une nouvelle stratégie d'allocation / désallocation de la grille de cellules CA est ensuite utilisée basée sur l'allocation / désallocation des éléments du maillage CA. La grille CA est constituée d'un ensemble régulier de cellules cubiques superposées au domaine soudée. A l'échelle micro-, la grille est utilisée afin de simuler les étapes de fusion et solidification, à la frontière entre le domaine pâteux et le bain liquide, durant le processus de soudage. Les évolutions de températures des cellules sont définies par interpolation du maillage CA. Un couplage du modèle avec les chemins de solidification et les évolutions enthalpiques tabulés est aussi implémenté, permettant de suivre la thermique et les évolutions de fractions de phase propre à l'évolution du procédé. Avec de réduire les temps de calcul et la quantité de mémoire informatique nécessaire à ces simulations, une optimisation des maillages FE/CA et des tailles de cellules CA est proposée pour les deux approches FE et CA. La modélisation 3D proposée est appliquée à la simulation de la formation des structures de solidification formées durant le soudage GTAW et GMAW multipasses de pièces d'acier inoxydables de nuances UR 2202. Dans le procédé GTAW, l'influence de l'évolution des structures de grains selon les paramètres procédés est étudiée. L'orientation normale des grains avec l'augmentation de la vitesse de soudage est montrée. Dans le procédé GMAW, la modélisation permet de simuler la refusion et la croissance des grains des couches successives. De manière générale, les structures de grains prédites montrent qualitativement les évolutions attendues présentées dans la littérature.

Les nickelates de terres rares possèdent à la fois une transition électrique et magnétique pour une température dépendante de la terre rare. Nous avons synthétisé par MOCVD des films minces Sm1-xNdxNiO3 (0

Les travaux présentés portent sur la corrélation entre les propriétés structurales et morphologiques de couches mince de Fe et d'alliages de Fe-Co épitaxiées sur substrat de silicium et leurs propriétés magnétique et magnéto-optique. Les études et résultats présentés dans ce mémoire sont l'aboutissement de l'utilisation d'un ensemble de compétences variées telles que la croissance de couches minces sur silicium, la caractérisation par des méthodes dites globales des propriétés structurales et cristallographiques des systèmes élaborés complétées par une approche à l'échelle nanométrique de la topologie et morphologie des surfaces par des techniques de champ proche (STM). <br />La fonction d'énergie d'anisotropie magnétique des couches minces a été étudiée à l'aide d'une nouvelle méthode de mesure par effet Kerr magnéto-optique : la méthode TBIIST (Transverse Bias Initial Inverse Susceptibility and Torque) intégrant de plus une détermination des différentes contributions magnéto-optique non linéaire en aimantation au signal Kerr. Ces dernières reflètent et traduisent la symétrie cristallographique du système étudié ainsi que les brisures de symétrie liées à la morphologie des surfaces – des interfaces (croissance d'îlots asymétriques) induites par les conditions d'élaboration des couches épitaxiées. Les propriétés d'anisotropie magnétique et magnéto-optique observées et les interprétations expérimentales ont été confortées par des modélisations, des calculs et des simulations à partir des images de topologie STM.

Le fil conducteur de notre activité de recherche est d'acquérir et développer une expertise en physique épitaxiale, pour fabriquer et mettre à disposition du magnétisme des objets originaux, que nous étudions ensuite. Le titre du manuscrit vient de ce que nous cherchons à démontrer l'utilité de l'auto-organisation pour les matériaux magnétiques. Ces intérêts peuvent être rangés dans deux catégories. La première catégorie consiste à utiliser des systèmes auto-organisés comme systèmes modèles, pour étudier des phénomènes qui ne peuvent être analysés finement dans les matériaux conventionnels, du fait de leur complexité structurale "...aux systèmes magnétiques" s'entend alors comme l'application aux matériaux magnétiques, de connaissances acquises sur les systèmes auto-organisés. La seconde catégorie consiste à lever les verrous qui font que les systèmes auto-organisés ne peuvent actuellement être utilisés en tant que matériaux, notamment du fait du superparamagnétisme à température ambiante. "...aux systèmes magnétiques" s'entend alors comme l'amélioration des systèmes auto-organisés pour leur conférer le statut de matériaux.

La réduction des dimensions des dispositifs CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) implique de nombreux défis dans la formation de jonctions. La recroissance par épitaxie en phase solide (SPER) à des températures inférieures à 600 °C est une technique attrayante dans la mesure où elle permet de réaliser des jonctions abruptes avec une forte concentration de dopants actifs et qui sont nécessaires pour les nœuds avancés tels que le 20 nm et au-delà. Dans ce manuscrit, on présente un modèle atomistique basé sur la méthode Monte-Carlo cinétique sur réseau (LKMC) afin de simuler la cinétique de SPER dans le silicium. Le modèle s'appuie sur la description phénoménologique des mécanismes microscopiques de recristallisation proposé par Drosd et Washburn dans [J. Appl. Phys. 53, 397 (1982)] en distinguant des événements {100}, {110} et {111} selon le plan local de recroissance et a été implémenté dans le simulateur MMonCa [Appl. Phys. Lett. 98, 233109 (2011)]. Il s'agit de la même base que le modèle de Martín-Bragado et Moroz [Appl. Phys. Lett. 95, 123123 (2009)] qui a été implémenté dans le simulateur commercial Synopsys SProcess KMC. Néanmoins, dans notre travail, la formation de macles lors des évènements {111} a été introduite ce qui a nécessité des changements importants dans l'implémentation. Le modèle a été calibré sur des résultats expérimentaux et permet de prédire l'anisotropie et la dépendance en température. En particulier, il a été utilisé afin d'expliquer la formation de zones défectueuses dans les dispositifs FDSOI à l'issue de la SPER à une température réduite. Le modèle LKMC a, en outre, été étendu dans le but d'inclure l'influence d'une contrainte non-hydrostatique et la recroissance accélérée du fait de la présence de dopants actifs. Les effets d'une contrainte non-hydrostatique ont été introduits en utilisant le concept de tenseur d'activation proposé par Aziz, Sabin et Lu dans [Phys. Rev. B 44, 9812 (1991)] et seulement quatre paramètres indépendants sont nécessaires. La présence de dopants ionisés cause une accélération de la vitesse de recroissance qui est attribué à un effet lié à la position du niveau de Fermi à l'interface amorphe/cristal. Un solveur 3D auto-cohérent de l'équation de Poisson avec le modèle de Thomas-Fermi a été implémenté et couplé avec le modèle LKMC afin de prendre en compte la courbure des bandes à l'interface amorphe/cristal. La correction phénoménologique de décalage du niveau de Fermi généralisé (GFLS) proposée par Williams et Elliman dans [Phys. Rev. Lett. 51, 1069 (1983)] a été utilisée pour modifier les fréquences de recristallisation des évènements microscopiques. Des simulations de la vitesse de recroissance en fonction de la température pour différentes concentrations de dopants ont montré un bon accord avec les données expérimentales. En résumé, dans ce manuscrit, un modèle unifié de SPER basé sur une approche LKMC est présentée. Il prend en compte l'influence de différents paramètres sur la cinétique de recroissance et ayant un intérêt technologique tels que la température, l'orientation cristalline, la contrainte et la présence de dopants. Le modèle est, en soi, tridimensionnel et permet donc d'explorer les phénomènes de recroissance impliquant plusieurs fronts de recristallisation et qui ont lieu lors du procédé de fabrication de dispositifs électroniques réels. / Complementary metal oxide semiconductor (CMOS) device scaling involves many technologicalchallenges in terms of junction formation. Solid phase epitaxial regrowth (SPER) at temperaturesbelow 600 ˝C is an attractive technique since it enables to form highly–activated andabrupt junctions that are required for advanced technology nodes such as 20 nm and beyond.In this manuscript, we present a comprehensive atomistic model relying on the lattice KineticMonte Carlo (LKMC) method to simulate SPER kinetics in silicon. The model is based onthe phenomenological description of the microscopic recrystallization mechanisms proposedby Drosd and Washburn in [J. Appl. Phys. 53, 397 (1982)] by distinguishing among {100},{110} and {111} events depending on the local regrowth plane and has been implemented inthe MMonCa simulator [Appl. Phys. Lett. 98, 233109 (2011)]. This is the same basis than theatomistic model of Martín–Bragado and Moroz proposed in [Appl. Phys. Lett. 95, 123123(2009)] and available in the Synopsys SProcess KMC commercial tool. Nevertheless, in ourwork the formation of twin configurations during {111} events has been incorporated givingrise to significant changes in the implementation. The model has been calibrated on single–directional SPER experiments and allows predicting the regrowth anisotropy and temperaturedependence. In particular, it has been used to explain the formation of defective regions inFDSOI devices annealed with a low processing temperature. In this work, the LKMC modelhas also been extended in order to include the influence of non–hystrostatic stress and dopant–enhanced regrowth that are technologically relevant. Non–hydrostatic stress effects have beenincorporated using the concept of activation strain tensor introduced by Aziz, Sabin and Luin [Phys. Rev. B 44, 9812 (1991)] and only four independent parameters are required. Thepresence of ionized dopants has been shown to cause an enhancement of the regrowth velocitywhich has been attributed to a Fermi level effect. A three–dimensional Thomas–Fermi–Poisson solver has been implemented and coupled with the LKMC model allowing to takeinto account the band bending at amorphous/crystalline interface. The phenomenological generalizedFermi level shifting (GFLS) correction proposed by Williams and Elliman in [Phys.Rev. Lett. 51, 1069 (1983)] has been used to modify the microscopic recrystallization rates.Simulations of the regrowth velocity as a function of temperature for different dopant concentrationshave shown a reasonable agreement with experimental data. In summary, in thismanuscript a unified SPER model relying on the LKMC approach is presented. It takes intoaccount various technologically relevant parameters influencing the regrowth kinetics such astemperature, crystalline orientation, stress and dopants. The model is per se three-dimensionaland can therefore be used to explore multi–directional regrowth phenomena that take place inreal electronic devices.