Les supraconducteurs à haute température critique (HTS) sont des systèmes fortement corrélés. Dans ces matériaux, une petite modification du nombre de porteurs peut avoir de grandes conséquences sur leurs propriétés physiques. C'est le cas lorsqu'un matériau ferroélectrique est à proximité immédiate d'un HTS : de manière locale et rémanente, la polarisation ferroélectrique modifie par effet de champ électrostatique le nombre d'électrons dans le HTS, au voisinage de l'interface avec le ferroélectrique. Cet effet peut être exploité dans le but de définir des structures à géométrie variable : dans un premier cas, des jonctions qui consistent en deux électrodes supraconductrices, séparées par une zone où la supraconductivité a été affaiblie par effet de champ. Dans un second cas, des jonctions tunnel ferroélectriques - à nouveau avec des électrodes supraconductrices - où l'épaisseur de la barrière est modulable par effet de champ ferroélectrique. Les travaux menés au cours de cette thèse visent à développer les matériaux et les technologies de lithographie pour fabriquer de telles structures, et à caractériser les propriétés de transport de ces dernières. / In this experimental thesis, we fabricated ferroelectric field-effect devices based on high-Tc superconductors. We grew high-quality epitaxial heterostructures consisting of an ultra-thin (2 to 6 unit cells) film of YBCO and a thin ferroelectric film (BFO-Mn). We fabricated transport measurement microbridges and used a CT-AFM tip to polarise the BFO-Mn outwards or towards the BFO-Mn/YBCO interface. Due to the ferroelectric field-effect, the superconducting properties of the underlying YBCO film were consequently modified. We then used this effect locally in order to design weak links within the microbridges: two regions where the superconducting properties are enhanced are separated by a narrow region where they are depressed. We explored the conditions of existence of a Josephson coupling across this weak link. In parallel, we fabricated ferroelectric junctions. The barrier is an ultra-thin BFO-Mn film sandwiched between a high-Tc superconducting YBCO bottom electrode and a low-Tc superconducting top electrode. Both at room temperature and at low temperature, we characterised the transport properties across the barrier and the resistive switching resulting from the polarisation of the ferroelectric barrier.

Cette thèse se décompose en deux parties.Dans la première, nous nous intéressons au premier champ critique, Hc1, du titanate de strontium, que nous mesurons à l’aide d’un réseau de microsondes de Hall taillées dans un gaz bidimensionnel. La valeur du premier champ critique nous permet alors d’évaluer la densité superfluide à six différents dopages couvrant l’ensemble du dôme supraconducteur. À bas dopage, nous trouvons que celle-ci correspond à la densité de porteurs dans l’état normal tandis qu’au-delà du dopage optimal, celle-ci chute drastiquement. En plaçant nos résultats dans le contexte de la loi de Homes, nous voyons que cette chute s’explique par l’entrée dans la limite sale. Un fit multibande de Hc1(T), dans ce contexte semble également indiquer que la supraconductivité émerge de la bande la plus basse et est seulement induite dans les deux autres bandes.Dans la seconde partie, nous regardons l’évolution de la densité de porteurs, n, du cuprate Nd-LSCO. Nous mesurons ainsi six échantillons de dopages proches du point critique pseudogap, p*, via trois sondes de transport : effet Hall, résistivité et effet Seebeck. Nous trouvons que n chute de 1+p à p à l’entrée dans la phase pseudogap. En comparant les différentes sondes, nous montrons que cette chute est due à une reconstruction de la surface de Fermi et qu’il existe sûrement des poches d’électrons et de trous juste en dessous de p*. Ceci est en accord, entre autres, avec un scénario antiferromagnétique. Finalement, nous trouvons que la mobilité est inchangée à l’entrée dans la phase pseudogap et que les mesures de transports semblent insensibles à la divergence de la masse effective vue par chaleur spécifique. / This thesis consists of two parts.The first one is about the lower critical field of strontium titanate, measured thanks to an array of Hall micro-probes tailored in a 2D electron gas. The value of the lower critical field allows us to quantify superfluid density at six different dopings spreading all along the superconducting dome. At low doping, we find that it follows the normal state carrier density while it dramatically falls above optimal doping. Analyzing our results in the context of the Homes law, we understand that this drop is due to the entering into the dirty limit. A multiband fit Hc1(T) in this context seems to indicate that superconductivity is born in the lowest band and only induced in the two others.In the second part, we focus on the carrier density, n, of the cuprate Nd-LSCO. We measure six samples with doping close to the pseudogap critical point p*, thanks to three different transport probes : Hall effect, resistivity and Seebeck effect. We find that entering the pseudogap phase induces a drop in n from 1+p to p. The comparison of the different probes shows that this drop is due to a Fermi surface reconstruction and that both holes and electrons pockets may exist just under p*. This observation is consistent with an antiferromagnetic scenario. Finally, we find that mobility is not affected by the pseudogap and that transport measurements seems insensitive to the diverging effective mass as observed by specific heat.

Τα σύνθετα υλικά αποτελούνται από δυο ή περισσότερα υλικά συνδεδεμένα μακροσκοπικά, έτσι ώστε να προκύπτει ένα πολυφασικό σύστημα με φυσικές ιδιότητες διαφορετικές από αυτές των αρχικών υλικών. Τα επιμέρους υλικά δεν είναι διαλυτά το ένα στο άλλο και μπορούν να αναμιχθούν μεταξύ τους με ελεγχόμενο τρόπο και με καθορισμένες αναλογίες, ενώ είναι και μηχανικά διαχωρίσιμα. Τα σύνθετα υλικά αποτελούνται από δυο φάσεις, τη μητρική και τη φάση ενίσχυσης. Η μήτρα περικλείει τα εγκλείσματα και αποτελεί τη φάση του συστήματος, η οποία δίνει στο σύνθετο την εξωτερική του μορφή. Ο ρόλος της είναι να μεταφέρει τις μηχανικές τάσεις μέσα στο σύνθετο υλικό, να τις κατανέμει ομοιόμορφα ανάμεσα στα εγκλείσματα αλλά και να τα προστατεύει από τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Τα διάφορα εγκλείσματα αποτελούν την ενισχυτική φάση του σύνθετου συστήματος και ποικίλουν σε μέγεθος, γεωμετρία και σύσταση. Στην παρούσα εργασία ως ενισχυτική φάση χρησιμοποιήθηκε το ZnO. Το ZnO είναι ένας ημιαγωγός ευρέως χάσματος με μια μη κεντρική συμμετρική δομή κρυστάλλου Βουρτσίτη (Wurtzite) εξαγωνικού πλέγματος Bravais. Ως προπολυμερές για την παρασκευή των δοκιμίων, χρησιμοποιήθηκε εποξειδική ρητίνη. Η συγκεκριμένη ρητίνη είναι ένα τυπικό μονωτικό πολυμερές χαμηλού ιξώδους και η διηλεκτρική της σταθερά καθώς και η αγωγιμότητα της δεν διαφέρουν σημαντικά από τις αντίστοιχες τιμές του ZnO. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός υλικών καθαρής ρητίνης και σύνθετων συστημάτων ρητίνης-κεραμικού ZnO σε διάφορες συγκεντρώσεις, από 10phr έως 70phr. Για τον ηλεκτρικό χαρακτηρισμό των σύνθετων αυτών, εφαρμόστηκε η τεχνική της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος (BDS-Broadband Dielectric Spectroscopy) στην περιοχή συχνοτήτων από 0.1 Hz έως 1 ΜHz, με χρήση της γέφυρας εναλλασσόμενου Alpha-N της εταιρίας Novocontrol. Η κυψελίδα μετρήσεων που χρησιμοποιήθηκε ήταν η BDS 1200 της ίδιας εταιρίας. Τα δείγματα μελετήθηκαν σε θερμοκρασίες από –100 ºC έως 150 ºC. Τα φαινόμενα διηλεκτρικής χαλάρωσης που καταγράφονται στην παρούσα εργασία περιλαμβάνουν συνεισφορές τόσο από την πολυμερική μήτρα όσο και από την ενισχυτική φάση. Για την παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων διακρίνονται δυο περιοχές θερμοκρασιών. Στην περιοχή των χαμηλών θερμοκρασιών, από –100 ºC έως 20 ºC, καταγράφονται σε όλα τα δείγματα οι διεργασίες β-, γ-χαλάρωσης. Οι διεργασίες αυτές αποδίδονται σε περιορισμένες τοπικές κινήσεις τμημάτων της πολυμερικής αλυσίδας (γ-χαλάρωση) και σε επαναπροσανατολισμό πλευρικών τμημάτων της πολυμερικής αλυσίδας (β-χαλάρωση). Στα σύνθετα δείγματα, σε θερμοκρασία πάνω από τους –30 ºC, εμφανίζεται και η διεργασία χαλάρωσης FDE η οποία αποδίδεται στην ύπαρξη του πληρωτικού μέσου. Στην περιοχή των υψηλών θερμοκρασιών, από +20 ºC έως +150 ºC, εμφανίζεται σε όλα τα δείγματα, στην περιοχή των ενδιάμεσων συχνοτήτων, η α-χαλάρωση. Στην περιοχή των χαμηλών συχνοτήτων, και μόνο στα σύνθετα δείγματα, καταγράφεται το φαινόμενο MWS το οποίο είναι ασθενές λόγω της χαμηλής ηλεκτρικής ετερογένειας μεταξύ των φάσεων του συστήματος. Στην περιοχή των υψηλών συχνοτήτων παρουσιάζεται η διεργασία χαλάρωσης FDE η οποία γίνεται εντονότερη καθώς αυξάνεται η συγκέντρωση του πληρωτικού μέσου. Για όλες τις συγκεντρώσεις, παρατηρείται ότι η εξάρτηση της διεργασίας της α-χαλάρωσης από τη θερμοκρασία περιγράφεται από την εξίσωση Vogel-Fulcher-Tamann (VTF) ενώ η διεργασία χαλάρωσης FDE, παρουσιάζει εξάρτηση από τη θερμοκρασία, η οποία ακολουθεί την εξίσωση Arrhenius. Για τις διεργασίες της α-χαλάρωσης και του FDE στις υψηλές θερμοκρασίες, υπολογίζονται οι ενέργειες ενεργοποίησης. Στην εξάρτηση του πραγματικού μέρους της ηλεκτρικής αγωγιμότητας εναλλασσόμενου , από τη συχνότητα, διακρίνονται τρεις περιοχές. Στην περιοχή των υψηλών συχνοτήτων η ηλεκτρική αγωγιμότητα αυξάνεται σχεδόν γραμμικά συναρτήσει της συχνότητας ακολουθώντας τον νόμο της παγκόσμιας διηλεκτρικής απόκρισης ( ). Στην ενδιάμεση περιοχή συχνοτήτων παρατηρούνται μεταβολές στην τιμή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας οι οποίες αποδίδονται στην ύπαρξη διάφορων διεργασιών χαλάρωσης. Στην περιοχή των χαμηλών συχνοτήτων, η ηλεκτρική αγωγιμότητα τείνει προς μια σταθερή τιμή. Αυτή αντιστοιχεί στην αγωγιμότητα συνεχούς ( ) και αυξάνεται συναρτήσει της θερμοκρασίας ακολουθώντας την εξίσωση Vogel-Tamman-Fulcher (VTF). / Polymer matrix – ZnO composites were prepared, in different filler concentrations. Polymer matrix samples were also prepared and investigated as reference. The dielectric response of all samples was studied by means of Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS), over a wide temperature range from -100 ºC to 150 ºC and in the frequency range from 10-1 Hz to 1MHz. The results are discussed using the common formalism of ε΄(f), ε΄΄(f) and M΄(f), M΄΄(f). The recorded dielectric processes include contributions from both the polymeric matrix and the presence of the reinforcing phase. The dielectric spectrum exhibits distinct relaxation modes which are attributed (i) to the glass-rubber transition, associated with motions of main chain segments of the polymeric matrix, namely -relaxation, (ii) faster processes related to the local motion of polar side groups, namely -relaxations, (iii) interfacial polarization phenomena known as Maxwell – Wagner – Sillars effect and (iv) possible polarization related to the ferroelectric nature of ZnO. In order to investigate the influence of the reinforcing phase in the dielectric response of the composite materials, all dielectric processes as well as the electrical conductivity are analyzed and discussed as a function of filler concentration.

Cette thèse porte sur l'étude des propriétés dynamiques et non linéaires des dans les semi-conducteurs Ill-V et leur utilisation pour le traitement optique dans les réseaux de télécommunication haut débit. Elle est décomposée en deux axes majeurs. Le premier est lié à l'utilisation couplée des transitions inter-bandes (18) et inter-sousbandes (188). Les différences entre ces deux types de transitions, en termes de dynamique et de sensibilité à la polarisation, font des composants 18/188 de bons candidats pour la réalisation de fonctions de traitement avancées. Dans cette optique nous avons réalisé et caractérisé un nouveau composant à puits quantiques lnGaAs/AIAs8b sur substrat lnP insérés dans une jonction pn. Les premiers résultats obtenus indiquent un comportement de diode mais révèlent que la zone de charge espace est décalée lié à un probable dopage effectif non intentionnel de I'AIAs8b. La mesure du photocourant en fonction de la polarisation électrique révèle un transport via un effet Poole-Frenkel et montre l'efficacité des barrières de potentiel AIAs8b. Ces résultats nous permettent d'envisager aussi bien des applications purement optiques (modulation de phase ou d'intensité croisées ...) qu'optoélectroniques (photo détection à deux photons). Le deuxième axe consiste à l'étude et la réalisation d'un montage permettant une caractérisation poussée de la dynamique phase/amplitude et de la réponse non linéaire de tels composants. L'approche choisie est celle d'une mesure pompe sonde employant un circuit optique analogue à un interféromètre de 8agnac offrant à la fois une grand stabilité mécanique pour une précision de mesure élevée et la possibilité d'utiliser la polarimétrie afin d'extraire les variations de gain et d'indice pour une étude plus complète des propriétés du matériau. L'utilisation d'une source laser sub-picoseconde nous permet de résoudre les phénomènes aux temps courts. Une première démonstration de la mesure de variation phase-amplitude sur un absorbeur simple (multipuits lnGaAs/lnP) autour de 1.5microns est présentée. / This PhD thesis presents the study of some dynamics and nonlinear properties of III-V semiconductors and their use for optical processing in high-speed telecommunication networks. lt is decomposed into two major axes. The first is related to the coupled use of inter-band (18) and inter-subband (IS8) transitions. The differences between these two types of transitions, in terms of dynamics and sensitivity to polarization, make 18 I IS8 components good candidates for advanced processing functions. In this context, we have realized and characterized a new device based on lnGaAs I AIAsSb quantum wells on lnP substrate inserted in a pn junction. The first results obtained indicate a behaviour of diode but reveal that the space charge region is shifted. This is linked to a probable unintentional doping of AIAsSb. The measurement of the photocurrent according to the electrical polarization reveals a transport via a PooleFrenkel effect and shows the effectiveness of the AIAsSb potential barriers. These results allow us to consider both purely optical applications (phase modulation or cross intensity ... ) and optoelectronic applications (photo-detection with two photons). The second axis consists in the study and the realization of an advanced characterization tool to measure the phase/amplitude dynamics and the non-linear responses of such components. We have used a pump-probe measurement set-up employing an optical configuration similar to a Sagnac interferometer. lt offers both a great mechanical stability for high measurement accuracy and the possibility of using polarimetric properties in order to extract variations of the optical index (gain and refractive index) for a more complete study of the properties of the material. The use of a sub-picosecond laser source allows us to solve phenomena at short times. A first demonstration of the phaseamplitude variation measurement on a single absorber (lnGaAs / lnP multiwells) around 1.5microns is presented.

Dispositifs photovoltaïques d'aujourd'hui convertissent l'énergie solaire en électricité de manière propre, renouvelable et inépuisable et représentent un remplacement possible pour les combustibles fossiles. Toutefois, afin de rivaliser avec les sources d'énergie classiques une augmentation significative de l'efficacité de conversion est inévitable. Dans ce travail, nous nous concentrons sur des aspects pouvant propulser le rendement de conversion au-dessus des limites de cellules présentes. La première partie de l'étude est consacrée à de nouvelles idées théoriques considérés comme le photovoltaïque de 3ème génération, alors que le plus d'intérêt est maintenu à étudier les avantages possibles de la multiplication d'électrons faible seuil. Dans la deuxième partie de l'étude, nous développons un modèle qui permet un traitement précis des propriétés optiques et de transport des structures de silicium avec des interfaces enterrées. Les analyses théoriques et expérimentales approfondies des structures existantes MIND sont ensuite effectuées. En étudiant le flux exacte et la distribution d'énergie à l'intérieur de plusieurs structures dans le cadre de leur géométrie, nous estimons les rendements quantiques possibles et les comparer avec les résultats expérimentaux. Grâce aux moyens de simulations numériques couplées avec caractérisation expérimentale, nous extrayons l'efficacité de la collecte de porteur de cellules étudiées. De nouveaux effets sont observés, une telle augmentation possible de l'efficacité de la collecte au-dessus de l'unité. Une analyse plus approfondie des résultats expérimentaux couplés avec l'étude numérique suit quelques explications classiques et non classiques de l'augmentation de l'efficacité de la collecte ou l'augmentation résultante de l'efficacité quantique. Avec la plupart des explications classiques exclu, nous concluons que l'explication la plus probable, mais non définitive de cet effet peut être interprété comme le résultat d'une multiplication des porteurs faible seuil. / Photovoltaic devices of today convert solar energy into electricity in a clean, renewable and inexhaustible way and represent a possible replacement for the fossil fuels. However, in order to compete with classical energy sources a significant increase in the conversion efficiency is inevitable. In this work, we concentrate on the aspects able to raise the conversion efficiency above the limitations of present cells. The first part of the study is devoted to new theoretical ideas considered as 3rd generation photovoltaics, while the most interest is kept at studying the possible benefits of electron multiplication at low-energies. In the second part of the study, we develop a model that allows a precise treatment of optical and transport properties of silicon structures with buried interfaces. Extensive theoretical and experimental analyses of existing MIND structures are then conducted. By studying the exact flux and power distribution inside several structures in conjunction with their geometry, we estimate the possible quantum efficiencies and compare them with experimental results. Through the means of numerical simulations coupled with experimental characterization, we extract the carrier collection efficiency of studied cells. New effects are being observed, such a possible increase in collection efficiency above unity. A deeper analysis of the experimental results coupled with the numerical study analyzes several classical and non-classical explanations of the increase in collection efficiency or the resulting increase in the quantum efficiency. With most of the classical explanations ruled out, we conclude that the most probable, but not definitiveexplanation of this effect can be interpreted as the result of a low-energy carrier multiplication.

Le développement de circuits mesoscopiques avec une architecture hybride cette dernière décennie a permis d’étudier l’interaction lumière matière dans son aspect fondamental avec des photons dans le régime micro-ondes. Ces développements permettent aujourd’hui d’étudier cette interaction dans le domaine terahertz, gamme spectrale s’étendant de 0.1 THz à 10 THz (0.4 meV-41,3 meV). L’apparition de sources performantes et de méthodes de spectroscopie efficaces telles que la spectroscopie dans le domaine temporel sont des outils utilisables pour l’étude de l’interaction lumière matière dans ce domaine spectral. Dans ce travail de thèse, nous avons développé un outil afin d’étudier cette interaction dans son aspect le plus fondamental composé d’un nanotube de carbone en régime de boîte quantique et d’une cavité térahertz. Le nanotube de carbone est un élément d’autant plus adapté que sa structure électronique est régie par des énergies dont la fréquence équivalente se situe dans le terahertz. La cavité térahertz est un "split ring resonator". Le travail s’est décomposé en deux aspects, avec dans un premier temps le développement d’un banc de spectroscopie térahertz large bande (0.3 THz-20 THz) dans le domaine temporel pour l’étude des résonateurs. En utilisant un procédé original de contrôle du front d’onde d’émission de l’antenne, nous démontrons que le champ térahertz est focalisé en limite de diffraction ce qui ouvre la possibilité d’étudier des résonateurs uniques. Dans un second temps, des mesures de transport électronique ont été effectuées afin de mettre en évidence un couplage entre le résonateur et la boîte quantique. Un couplage avec un mode bosonique est observé. La conductance de ces états est modulée par la source de photons utilisée dans cette étude. Cependant, l’énergie du mode est inférieure à celle observée par les mesures de spectroscopie ne permettant pas de conclure de manière définitive sur l’origine de ce mode. / In the last ten years, research has been devoted to the development of hybrid architecture mesoscopic circuit to study the ligh-matter interaction in the microwaves range. These improvements allow us to study this interaction in the terahertz range extending from 0.1 THz to 10 THz (0.4 meV - 41.3 meV). Moreover, new efficient sources and new spectroscopy schemes like time domain spectroscopy set-up are some tools that can be used to study the light-matter interaction in this range. In this work, we developed a paradigm to study the interaction in the fundamental aspect composed of a carbon nanotube in a quantum dot regime embedded in a terahertz cavity. Carbon nanotube quantum dot is well adapted because of its electronic levels which are separated by energy in the terahertz range. The cavity used for the study is a "split ring resonator". This thesis is decomposed in two parts. Firstly, we built an ultrabroadband terahertz time domain spectroscopy set-up (0.3 THz -20 THz) to study the terahertz resonators. We demonstrated that the terahertz field is focused at the diffraction limit by exciting the antenna with an original scheme based on a control wavefront. Then, electronic transport measurements have been done to highlight the coupling between the cavity and the quantum dot. A coupling with a bosonic mode is observed. The conductance of these states is modified by the source that we used in this work. However, the energy of the observed mode is lower than the fundamental energy mode of the cavity that do not allow us to conclude about the origin of this mode.

Les accouplements (ou coupleurs) magnétiques servent à transmettre le couple d'un moteur vers sa charge sans contact mécanique. La suppression de ces contacts permet de réduire les bruits et vibrations, d'augmenter la fiabilité et d'assurer l'étanchéité dans des environnements difficiles. Dans le cas des moteurs supraconducteurs, un accouplement utilisant des matériaux supraconducteurs permet une nette augmentation des performances tout en transmettant le couple entre un environnement cryogénique (cryostat) et la température ambiante. Ce mémoire porte sur l'étude de coupleurs magnétiques à base de supraconducteurs à haute température critique (HTC) et d'aimants permanents. Deux topologies sont proposées, l'une à flux radial et l'autre à flux axial. Des outils analytiques et numériques sont développés pour le dimensionnement des accouplements étudiés. Un modèle analytique 2D de calcul du champ magnétique dans un accouplement supraconducteur à flux radial est développé et validé par éléments finis. Ce modèle est par la suite utilisé dans une procédure d'optimisation par algorithmes génétiques. L'objectif étant de rechercher les dimensions de l'accouplement qui maximisent le couple et minimisent la longueur du fil supraconducteur. Un prototype d'accouplement à flux axial est aussi réalisé. Plusieurs essais de caractérisation des bobines HTC sont menés. Des résultats de mesure de champ magnétique, de courant critique et de couple sont présentés / Magnetic couplings (or couplers) are used to transmit torque from a prime mover to its load without mechanical contact. This contactless transmission allows to reduce noise and vibration, to increase reliability and ensure hermetic isolation in severe environments. When the prime mover is a superconducting motor, a coupler which uses superconducting materials has more torque transmission capabilities and enables to transmit torque between a cryogenic media (cryostat) and the ambient temperature. This work focuses on the study of magnetic couplers using high temperature superconductors (HTS) and permanent magnets. Radial and axial field magnetic couplings, for which we developed analytical and numerical design tools, are proposed. A 2D analytical model for calculating the magnetic field distribution in a flux focusing HTS coupling is developed and validated by finite element computations. This model is then embedded in a genetic algorithms optimization procedure. The aim is to find the dimensions of the coupling that maximize torque and minimize the overall length of the HTS wires. A prototype axial field HTS coupler has been also designed, constructed and tested. Several tests have been conducted to characterize the HTS coils. Results of magnetic field, critical current and torque measurements are presented

À ce jour, l’humanité est confrontée simultanément à une crise énergétique et environnementale due principalement à deux facteurs: la croissance démographique et la dépendance aux combustibles fossiles. C'est pourquoi l'urgence d'utiliser des sources d'énergie renouvelables, comme l'énergie solaire est une, solution potentielle. A ce titre, la production d'H2 décarboné par dissociation solaire de l'eau est une voie prometteuse. Néanmoins, pour atteindre l'objectif mentionné, il faut trouver un système photocatalytique (semi-conducteurs, SCs) idéal, qui nécessite quatre caractéristiques majeures: (1) une bonne capacité d'absorption de la lumière visible (2) des positions adéquates de BV et BC des SCs par rapport aux potentiels d’oxydation de l’eau et de réduction du proton (3) une utilisation efficace des photons absorbés et charges générées et (4) une bonne stabilité dans le temps. À cette fin, cette thèse contribue à la conception et à l’optimisation de trois matériaux innovants: les composites Au/g-C3N4, Au/TiO2 (P25)-gC3N4, et Au/TiO2 (NTs)-gC3N4 dont l’activité photocatalytique a été corrélé avec les propriétés physico-chimiques pour comprendre leurs performances photocatalytiques de production d'H2 sous irradiation solaire et visible. De manière annexe, certains de ces matériaux se sont également montrés performants pour les conversions du CO. Pour mettre en évidence l'efficacité des composites préparés, des études comparatives ont été testées en utilisant des références commerciales, pertinentes et les mélanges physiques correspondant. / To date, mankind is facing an energy and environmental crisis simultaneously due to mainly two factors: growth population and the dependency on fossil fuels. For this reason, the urgency of using renewables sources, e.g., solar energy, is a potential solution. For example, non-carbon based H2 production from solar light driven water photodissociation is a promising approach. Nevertheless, to target the mentioned objective, an ideal photocatalytic system (semiconductors, SCs) has to meet four main features: (1) capacity of absorption of visible-light (2) suitable VB and CB positions of SCs to undergo the two half reactions of water splitting (3) efficient use of absorbed photons and generated charges and (4) good stability over time. For this purpose, this thesis contributes to the design and optimization of three innovative materials: Au/g-C3N4, Au/TiO2 (P25)-gC3N4, and Au/TiO2 (NTs)-gC3N4 composites. Their photocatalytic activities were correlated with their physico-chemical properties. In addition some of these composites also exhibited interesting CO conversion yields. To highlight the efficiency on the as-prepared composites, comparative studies were tested using commercial, pertinent references, and physical mixtures homologs.

Le travail réalisé durant cette thèse s’est axé sur la compréhension des mécanismes de transport de charges impliqués dans l’électronique organique ainsi que sur l’ingénierie des propriétés semiconductrices d’interfaces supramoléculaires hybrides. Tout d’abord, l’origine intrinsèque des propriétés de transport de charges a été étudiée dans de petites molécules semiconductrices, similaires en structure chimiques, mais présentant des propriétés électriques nettement différentes. Puis, les propriétés électroniques de matériaux 2D ont été modulées à l’aide de monocouches auto-assemblées induisant des propriétés de dopage antagonistes. Enfin, des pérovskites hybrides ainsi que des petites molécules semiconductrices ont été utilisées comme matériaux actifs dans la détection d’oxygène et d’humidité, respectivement, formant alors des détecteurs à haute performance. L’ensemble de ces projets utilise les principes de la chimie supramoléculaire dans leur réalisation. / The work realized during this thesis was oriented toward the comprehension of the charge transport mechanism involved in organic electronics, and on the engineering of the semiconducting properties of hybrid supramolecular interfaces. Firstly, the intrinsic origin of the charge transport properties was studied for two semiconducting small molecules which are similar in terms of chemical structure but exhibit different electrical properties. Secondly, the electronic properties of 2D material were modulated with the help of self-assembled monolayers inducing antagonist doping properties. Finally, hybrid perovskites and semiconducting small molecules were used as active materials in oxygen and humidity sensing respectively, forming high-performance sensors. All the project employed the principles of the supramolecular chemistry in their realisation.

En spintronique, l’étude des hétérostructures multicouches composées d'une électrode ferromagnétique et d'une couche isolante mince, c'est-à-dire des jonctions tunnel magnétiques (JTM), est particulièrement importante. Le système canonique est le Fe/MgO/Fe où les hautes valeurs du rapport de la magnétoresistance tunnel (TMR) ont été mesurées. Le facteur crucial définissant la performance de la jonction est l’imperfection structurelle dans un dispositif réel. Dans notre travail, nous nous sommes concentrés sur des lacunes d'oxygène dans MgO. Au moyen de la théorie de la fonctionnelle de densité, nous avons étudié les propriétés électroniques de l'état fondamental des lacunes d'oxygène simples et doubles dans MgO massif, appelées respectivement centres F et M. Nous avons ensuite étudié l'impact de ces lacunes sur le transport balistique dans les jonctions magnétiques. Nous avons démontré le rôle supérieur joué par les centres M et nous avons prouvé qu'un transport cohérent, préservant le spin et la symétrie des électrons, est possible en présence de centres M. / In sprintronics, the study of multilayer heterostructures composed of a ferromagnetic electrodes and a thin insulating layer, i.e. magnetic tunnel junctions (MTJs), is of special importance. The canonical systems are MTJs made of Fe/MgO/Fe where hight tunneling mangetoresistance ratio (TMR) values were measured. The crucial factor defining the junction performance is the structural imperfection appearing in a real devices. In our work we focused in particular on oxygen vacancies in MgO. By means of density functional theory we studied ground state electronic properties of single and double oxygen vacancies, referred as F and M centers, respectively, in bulk MgO. We then switched to full junctions where we investigated the impact of vacancies on the ballistic transport. We demonstrated that M centers played a superior role and proved that coherent transport, preserving electrons spin and symmetry, is possible in presence of paired vacancies.