This Dissertation explores the interaction between the magnetisation and an alternating current in a uniform ferromagnetic system. Diluted magnetic semiconductors (Ga,Mn)As and (Ga,Mn)(As,P) have been studied. Due to their strong spin-orbit coupling and well-understood band-structure, these materials are well-suited to this investigation. The combined effect of spinorbit coupling and exchange interaction permits the alternating current to induce an oscillating current-induced torque (CIT) on the magnetisation. In the frequency range close to the natural resonance frequency of the magnetic moments (gigahertz), CIT can excite precessional motion of the magnetisation, a process known as ferromagnetic resonance (FMR). CIT can be parameterised by an effective magnetic field. By analysing the lineshape of the measured FMR signals, the magnitude and orientation of this effective field have been accurately determined. Moreover, the current-induced fields in these ferromagnetic materials have been observed with symmetries of the Dresselhaus, and for the first time, Rashba spin-orbit coupling. A new class of device-scale FMR technique, named as CIT-FMR, has been established in this Dissertation, with the advantage of simple device structure (only a resistor is required) and scalability (measurements have been performed on devices sized from 4 μm down to 80 nm). This technique is not only limited to magnetic semiconductors, but can also be transferred to study other ferromagnetic systems such as ultrathin metal films. Finally, the CIT-FMR technique is employed to study the magnetic anisotropyin individual (Ga,Mn)As and (Ga,Mn)(As,P) micro-devices. Devices down to 80 nm in width have been measured in (Ga,Mn)(As,P), which show strong strain-relaxation-induced anisotropy, larger than any previously reported cases on (Ga,Mn)As. Furthermore, due to the tensile-strain on the (Ga,Mn)(As,P) epilayers, the anisotropy field due to patterning-induced strain-relaxation in these devices is observed to take the opposite direction compared to that in the compressively-strained (Ga,Mn)As samples.

Les nanofils semiconducteurs suscitent un vif intérêt tant pour leurs propriétés fondamentales originales que pour leurs applications potentielles en opto- et nano-Électronique. La physique des nanofils et en particulier des matériaux à la base est difficile à caractériser. Dans ce contexte, la simulation numérique peut apporter des réponses quantitatives aux problèmes posés par ces objets et aider à explorer leur potentiel. En particulier, leur cristallisation se fait dans une phase hexagonale wurtzite mais avec des fautes d’empilement qui donnent lieu à des insertions de séquence cubique. La structure cubique blende de zinc a été largement étudiée, les différents aspects physiques des semiconducteurs l’adoptant sont bien illustrés dans la littérature. Par contre, ils sont mal compris en phase wurtzite. C’est pourquoi, l’étude des propriétés structurales et électroniques des cristaux III-V et hétérostructures wurtzite a fait l’objet du présent travail. En particulier, je me suis intéressée à déterminer les paramètres structuraux et électroniques d’ InAs et InP. Pour aborder ces problématiques il convient de trouver une méthode théorique adaptée. Dans ce contexte, les modélisations ab initio permettent d’explorer les propriétés globales sans une connaissance expérimentale à priori des systèmes étudiés. Elles reposent sur la résolution variationnelle de l’équation de Schrödinger qui est lourde d’un point de vue computationnel. Il existe donc toute une hiérarchie de modèles plus ou moins sophistiqués qui approchent plus ou moins la solution exacte du problème. Dans le cadre de ce travail, j’ai utilisé la théorie de la fonctionnelle de la densité qui reproduit les résultats expérimentaux de structures mais peine à évaluer les niveaux énergétiques vides. Cette difficulté est due à la définition des effets à N corps et notamment aux effets de corrélation entre les électrons. L’erreur dans l’évaluation des énergies est corrigée grâce à la correction apportée par l’approximation GW ou les fonctionnelles hybrides. Ainsi, j’ai pu obtenir des structures électroniques correctes et exploitables afin de déterminer les potentiels de déformation. Il est notamment possible de faire varier la composition des nanofils de long de leur axe de croissance afin d’y introduire des jonctions p-N, des boîtes quantiques ou des barrières tunnel. Ces hétérostructures offrent de multiples opportunités : la faisabilité de transistors, de diodes à effet tunnel résonant ou de dispositifs à un électron basés sur les nanofils de silicium ou de III-V a ainsi déjà été démontrée. Ces matériaux permettent de réaliser des hétérostructures inédites car ils peuvent s’accommoder de forts désaccords de maille en déformant leur surface. La relaxation des contraintes structurales a toutefois un impact important sur leurs propriétés électroniques et optiques. Un des paramètres importants pour bien comprendre le comportement de ces structures quantiques est l’offset électronique ou la discontinuité énergétique. Il a été calculé pour le système InAs/InP et confronté à des études expérimentales suivant les directions de croissance. / Semiconductor nanowires are attracting much attention both for their original properties and their potential applications in opto- and nanoelectronics. The physics of nanowires and in particular materials at the base is poorly understood and difficult to characterize. In this context, the numerical simulation can provide quantitative answers to the problems posed by these objects and help to explore their potential. In particular, their crystallization is in a wurtzite (WZ) hexagonal phase but with stacking faults that result in insertions of cubic sequences. The zinc blende structure has been widely studied; the various structural, electronic and optical properties of semiconductor materials adopting this structure are well illustrated and discussed in the literature. On the other side, these properties are poorly understood for WZ. Study of WZ III-V materials and related heterostructures is the subject of this work. In particular, I have simulated the structural and electronic properties of relaxed InAs and InP and under strain condition. ab initio modeling or first principle may explore structural, electronic and dynamics of matter without any experimental prior knowledge. Here, DFT calculations are performed to model the structural and electronic properties of WZ InAs and InP. The error in the evaluation of conduction energy states has been circumvented with the use of GW approximation and hybrid functionals. Finally, I have studied band offset alignment and polarizations effects in InAs/InP WZ system.

This thesis describes the experimental investigations into the transverse mode structure of nearly hemispherical microcavities. The nearly hemispherical niicrocavity structures are fabricated electrocemically through a template of self assembled latex spheres. Controlling the electrochemical parameters, such as the electrochemical solution and electrode potential. allows a wide range of uearly henuspherical rnicrocavities to be realised. The spatial intensity profiles arid resonant frequeucies of the transverse modes of nearly hemispherical nucrocavities are measured experimentally for a wide range of cavity lengths amid mirror curvatures. The experimental mode profiles are radially symmetric Gauss-Laguerre modes, but do not display the frequency degeneracies typical of large scale optical cavities. The nearly hemispherical mnicrocavity samples are compared to investigate how the cavity parameters. such as cavity length and mirror curvature, affect the experimental spatial intensity profiles and resonant frequencies of the transverse modes. Higher order modes are observed despite the fact that they are forbidden due to the symmetrical coupling geometry. rrhe symmetry breaking is shown to be produced by the surface roughness of the curved nnrror. The frequency degeneracy lifting which occurs in the nearly hemispherical niicrocavity structures can he explained and modelled by considering non-parabolic elements in the cavity. A nmnher of mathematical models for the cavity propagation are developed based on paraxial theory. rrliese models are analysed and the predictions made from the models are compared with the experimental profiles and frequencies. The basic agreement between theory and experinient shows that the paraxial theory is able to model the cavity modes. However, the spectrum and the mnode profiles are cpnte sensitive functions of the geometry of the cavity amid the surface roughness of the cavity mirrors. The nearly hemispherical mnicrocavities are structures which offer a new fabrication technique allowing inexpensive and a ummconmplicated method of fabrication. An important feature of the nearly hemispherical microcavities is the tunablity, and the ease in which this can be achieved. The structures are also empty, and this will allow them, in the future, to be easily filled with functional optical nmaterials such as liquid crystals.

Electron spin relaxation and carrier recombination were investigated in gallium indium nitride arsenide (GaInNAs) multiple quantum wells, using picosecond optical pulses. Pump-probe experiments were carried out at room temperature, using pulses produced by a Ti:sapphire pumped optical parametric oscillator. The peak wavelengths of the excitonic resonances for the quantum well samples were identified using linear absorption measurements, and were found to be in the range 1.25µm-1.29µm. Carrier recombination times were measured for three samples of varying nitrogen content, and were observed to decrease from 548 to 180ps as nitrogen molar fractions were increased in the range 0.45-1.24%. Carrier recombination times were also measured for samples which had undergone a post-growth annealing process, and were found to be signicantly shorter compared to times measured for as-grown samples. Electron spin relaxation time was investigated for samples with quantum well widths in the range 5.8-8nm, and was found to increase with increasing well width, (i.e. decreasing quantum confinement energy), a trend predicted by both D'Yakonov-Kachorovskii and Elliott-Yafet models of spin relaxation in quantum wells. In a further study, longer spin relaxation times were exhibited by samples containing higher molar fractions of nitrogen, but having nominally constant quantum well width. Spin relaxation times increased from 47ps to 115ps for samples containing nitrogen concentrations in the range 0.45-1.24%. Decreases in spin relaxation time were observed in the case of those samples which had been annealed post-growth, compared to as-grown samples. Finally, all-optical polarisation switching based on spin relaxation of optically generated carriers in GaInNAs multiple quantum wells was demonstrated.

The first part of this thesis deals with the study of mesoscopic fluctuations of the Coulomb drag resistance in double-layer GaAs/AlGaAs heterostructures, both in weak magnetic fields and strong magnetic fields. In the second part, measurements are made in a monolayer graphene structure, specifically of the quantum lifetime, and the mesoscopic resistance fluctuations at quantising magnetic fields.

This thesis reports the study of metal oxide semiconductors for the application of photoelectrochemical water splitting with a particular emphasis on both anion and cation-doped zinc oxides. A study of the mechanisms of visible light absorption in both anion and cation-doped ZnO semiconductors, the potentials of metal oxide materials modified by impurities as one of the ideal photocatalysts in harvesting solar light has been explored. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and UV-Vis spectroscopes have been performed to establish the electronic structures of anion and cation-doped ZnO. Aluminium impurities in ZnO thin films reveal the relationship between the bandgap broadening and the so-called Burstein Moss effect. Both cadmium and sulphur dopants were incorporated in ZnO either as powders by the solid state synthesis or as thin films by spray pyrolysis technique. Cadmium and sulphur dopants demonstrate effective electronic bandgap reduction and an increasing absorption of visible light. Furthermore, the incorporation of cadmium and sulphur in ZnO were prepared as photoanodes and evaluated in a custom-built photoelectrochemical workstation for the measurement of photon energy conversion efficiencies.

Deux méthodes de synthèse chimique, relevant de l'approche bottom-up, sont mises en oeuvre pour élaborer des nanocristaux (NC) de sulfure de cadmium (CdS) : les croissances (i) par source unique de précurseur et (ii) par voie micro-ondes. Ces deux techniques, complémentaires dans la gamme de tailles obtenues, permettent la réalisation de NC de petites tailles (2,8 nm - 5,2 nm) en seulement (i) 120 min et (ii) quelques minutes. Un protocole de caractérisation par techniques conjointes est mis au point pour étudier ces NC. La spectrométrie de masse (SM) couplée à des sources d'ionisation douce contrôle la pureté et la stabilité des précurseurs et permet d'estimer la taille et la distribution en taille des NC. Ces estimations sont confirmées par microscopie électronique en transmission (MET). La confrontation des résultats de SM et de MET suggère une géométrie des NC (i) sphérique et (ii) ellipsoïdale. La diffraction des rayons X montre l'état cristallin des nanoparticules en structures (i) würtzite et (ii) zinc blende. La spectrométrie optique à température ambiante (absorption et photoluminescence - PL) témoigne des effets de confinement quantique par le glissement de la réponse excitonique dans le domaine bleu proche UV en fonction de la taille des NC, s'inscrivant dans la correspondance connue énergie-taille. Dans la perspective d'applications optoélectroniques, le dépôt en couches minces de polymère (PMMA) contenant des NC de CdS est entrepris par spin coating. Le même protocole de caractérisations, enrichi de techniques adaptées aux couches minces, montre que les NC conservent leur intégrité et leurs propriétés de PL après inclusion dans la couche / Two chemical methods are developed to synthesize cadmium sulfide (CdS) nanocrystals (NC) in bottom-up approach: (i) single-source precursor methodology and (ii) microwave synthetic route. These two growth techniques are complementary in the size range obtained and allow production of small NC (2.8 nm - 5.2 nm) in only (i) 120 min and (ii) some minutes. A joint technique characterization protocol is developed to study the synthesized NC. Mass spectrometry (MS) coupled to soft ionization sources allows to control the purity and stability of the precursors and to estimate the NC size and size distribution. These estimations are confirmed by transmission electron microscopy (TEM). Comparison between SM and TEM results suggests that NC have (i) spherical and (ii) prolate shapes. X-ray diffraction reveals nanoparticle crystalline structure in (i) wurtzite and (ii) zinc blende symmetries. Room temperature optical spectrometry (absorption and photoluminescence - PL) evidences quantum confinement effects by the shift of the excitonic response as a function of the NC size, in the blue-UV spectral range. These results are consistent with the well-known empirical energy-size correspondence. For optoelectronic application purpose, thin film deposition of polymer (PMMA) containing CdS NC is initiated by spin coating. The previous characterization protocol, extended to techniques dedicated to thin film studies, shows that NC maintain their integrity and PL properties after inclusion in PMMA layer

Στην παρούσα Εργασία λεπτά υμένια (5 -25 nm) ZrO2 έχουν εναποτεθεί με τη μέθοδο ALD σε μη αδρανοποιημένο (100) Ge τύπου-p, με ειδική αντίσταση 0.2-0.5 Ω-cm. Η εναπόθεση του ZrO2 πραγματοποιήθηκε στους 2500C, με τη χρήση διαδοχικών παλμών H2O και Tetrakis (Dimethylamido) Zirconium που ήταν και οι πρόδρομες ενώσεις. Ο δομικός χαρακτηρισμός των υμενίων (στοιχειομετρία, σύνθεση και τραχύτητα της διεπιφάνειας, κρυσταλλογραφική φάση του διηλεκτρικού κλπ) πραγματοποιήθηκε μέσω των μεθόδων XPS και ΤΕΜ. Ο λεπτομερής ηλεκτρικός χαρακτηρισμός των υμενίων έγινε με παράμετρο τη θερμοκρασία σε δομές (πυκνωτές) MOS που έφεραν λευκόχρυσο, Pt, ως μέταλλο πύλης. Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις C-V, C-f με παράμετρο τη θερμοκρασία και για θερμοκρασίες από 300Κ έως 80 Κ. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την παρούσα μελέτη τα υμένια με πάχος μικρότερο των 15 nm εμφανίζουν πολύ φτωχή ηλεκτρική συμπεριφορά, η οποία βελτιώνεται με την αύξηση του πάχους. Σχετικά παχιά (25 nm) υμένια ZrO2 εμφανίζουν πυκνότητα διεπιφανειακών παγίδων της τάξης των 1011 eV-1cm-2, όπως προκύπτουν από μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στους 80K. Από μετρήσεις I-V με παράμετρο τη θερμοκρασία προκύπτουν οι μηχανισμοί αγωγιμότητας που διέπουν τις μελετούμενες δομές. Η επίδραση της ανόπτησης σε περιβάλλον Forming Gas μετά την εναπόθεση του μετάλλου μελετάται επίσης. Τέλος, μελετώνται οι ηλεκτρικές ιδιότητες δομών Pt/ZrO2 (25 nm)/p-Ge, σε υποστρώματα που περιέχουν ταυτόχρονα περιοχές που έχουν υποστεί ανόπτηση με Laser και περιοχές που δεν έχουν υποστεί ανόπτηση. Η ανόπτηση με Laser φαίνεται να υποβαθμίζει την ηλεκτρική συμπεριφορά της δομής. Ωστόσο, σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας, υπάρχουν ενδείξεις ότι οι δομές σε περιοχές που γειτνιάζουν με αυτές που έχουν υποστεί ανόπτηση με Laser εμφανίζουν βελτιωμένες ηλεκτρικές ιδιότητες ακόμη και σε σχέση με τα δείγματα αναφοράς που περιλαμβάνουν δομές που αναπτύχθηκαν σε μη ακτινοβολημένο υπόστρωμα. / In the present Thesis, thin (5 -25 nm) films of ZrO2 have been deposited by Atomic Layer Deposition (ALD) on non-passivated p-type (100) Germanium substrates with resistivity 0.2-0.5 Ω-cm. ZrO2 deposition has been performed at 2500C using a series of alternating pulses of H2O and Tetrakis(Dimethylamido) Zirconium, which were the deposition precursors. Structural characterization of the films in terms of stoichiometry, interface composition and roughness, crystallographic phase of the dielectric etc., has been performed using XPS and TEM analysis. Detailed electrical characterization [C-V, and C-f measurements] of the films as a function of temperature has been performed in MOS capacitors using Pt as gate metal. It has been observed that the electrical behaviour of the films is extremely poor in thickness range below 15 nm, while they show an improvement in higher thickness regime. Thick (25 nm) ZrO2 showed an interface trap density of the order of 1011 eV-1cm-2 extracted at 80K. The conductivity mechanisms of the structures are revealed by I-V measurement at various temperatures. Finally the effect of post-metallization annealing in Forming Gas ambient has been studied. In parallel the electrical properties of structures Pt/ZrO2 (25 nm)/p-Ge, on substrates containing simultaneously laser annealed and non-annealed areas has been studied. It has been obtained that laser annealing of the substrate deteriorates the electrical behaviour of the structure, while it seems that structures on the areas in proximity to the annealed ones revealed superior electrical properties as compared to the corresponding deposited on non-annealed (reference) samples.

Ce travail a été réalisé en collaboration avec EDF R&D, dans le cadre d’une convention CIFRE-ANRT, l’objectif étant d’améliorer le coefficient de performance de pompes à chaleur thermoélectriques (PACTEs) pour des "Bâtiments Basse Consommation". Les PACTEs présentent de nombreux avantages environnementaux, le désavantage étant leur faible performance. Ainsi l'objectif de ce travail a été d'examiner la possibilité d'améliorer, par nanostructuration les performances des semi-conducteurs utilisés dans les modules thermoélectriques des PACTEs. Nos travaux se sont concentrés sur les solutions solides à base de Sb2-xBixTe3, celles-ci étant, selon l’état-de-l’art, les plus performantes pour l’application visée. La nanostructuration a été réalisée par la technique de trempe sur roue (technique de refroidissement rapide de liquides) de matériaux synthétisés auparavant à l'état liquide dans des tubes en quartz. Les moyens de caractérisation (DRX, MEB, MET, METHR) ont permis de corréler les changements structurels avec la variation des propriétés thermiques et électriques (le pouvoir thermoélectrique, la résistivité électrique, l'effet de Hall, la conductivité thermique) mesurées sur de larges gammes de température (5-460 K). L'influence favorable de la nanostructuration par la diminution de conductivité thermique a été prouvée. Nous avons montré la forte dépendance des propriétés thermoélectriques des matériaux étudiés avec la concentration de défauts et la stœchiométrie. Le dopage avec du Te a été examiné comme une possibilité de contrôler le niveau de la concentration des porteurs de charge. L'idée de créer des niveaux d'impuretés résonantes par un dopage au Sn s’est montrée infructueuse, vraisemblablement en raison de la structure de bande complexe du composé ternaire. Néanmoins, des valeurs du facteur de mérite adimensionel ZT de près de 1,2 ont été obtenues pendant ce travail / This work results from the collaboration between IJL and EDF R&D performed under a CIFRE-ANRT convention, in order to improve the coefficient of performance of thermoelectric heat pumps (THPs). THPs attracted attention of EDF due to its numerous environmental advantages, but the main drawback remains its low performance. The objective of our work was thus to investigate the possibility to enhance the performance of the semiconductors used in the thermoelectric modules of the THPs, by nanostructuration. The research was concentrated on the Sb2-xBixTe3-based solid solutions, the most effective materials for the application sought. The nanostructuration was performed by applying the melt-spinning technique (rapid quenching from a melt on a water-cooled cupper wheel) to the material synthesised beforehand from liquid state in quartz tubes. The means of characterisation (XRD, SEM, TEM, HRTEM) gave the possibility to correlate the structural changes with the variation of the thermal and electrical properties (thermoelectric power, electrical resistivity, Hall effect, thermal conductivity) measured over a wide temperature range (5-460 K). The favourable influence of nanostructuration through the decreasing of thermal conductivity was proved. A high dependence of the thermoelectric efficiency of the studied materials on the concentration of defects and stoichiometry is shown. Doping with Te was investigated as a possibility to control the resulting level of the charge carrier concentration. The idea of creating resonant impurity levels by Sn-doping was shown to be non-conclusive presumably due to the complex band structure of the ternary compounds. Nevertheless, relatively high values of the dimensionless TE figure of merit, close to 1.2, were obtained during this work

L’ingénierie de nanomatériaux hybrides semi-conducteurs/plasmoniques représente une technologie durable en raison de l’efficacité parfaite du couplage pour améliorer, rénover et enrichir les propriétés des composants intégrés. Ce couplage a pour résultat la variation des propriétés fonctionnelles du système, grâce auquel les plasmons de surface générés par les métaux peuvent améliorer la séparation des charges, l’absorption de la lumière et la luminescence du semi-conducteur. Ce phénomène permet de fortes interactions avec d'autres éléments photoniques tels que les émetteurs quantiques. Ces fonctionnalités aux multiples facettes découlent de l'interaction synergique exciton-plasmon entre les unités liées. Ainsi, les nanomatériaux hybrides conviennent à diverses applications, notamment : conversion de l'énergie solaire, dispositifs optoélectroniques, diodes électroluminescentes (LED), photocatalyse, détection biomédicale, etc. Les nanostructures Au-ZnO suscitent un intérêt croissant dans ces applications où le couplage de ZnO à de nanoparticules d’or (GNPs) favorise la réponse du système dans le domaine du visible grâce à leur résonance plasmon de surface (SPR). En fonction de la taille de deux nanomatériaux, de la distance qui les sépare et leurs rapports massiques dans un échantillon, les propriétés des particules hybrides peuvent varier. Dans ce contexte, nous nous sommes concentrés sur la construction de nano-cristaux (NCs) de ZnO purs de dimensions contrôlables, puis incorporés dans des solutions de GNPs par une simple voie chimique. Ce travail est divisé en deux parties : la première consiste à effectuer une synthèse de nanocristaux de ZnO (NCs) purs présentant d'excellentes propriétés de photoluminescence dans l’UV. Ceci a été réalisé par une synthèse à basse température, aboutissant à des structures rugueuses et amorphes. La synthèse a été suivie d'un traitement post-thermique afin de cristalliser les nanoparticules obtenues. Une étude structurale et optique poussée a été établie à la suite de la synthèse (SEM, TEM, DRX, photoluminescence). Les activités photocatalytiques des ZnO NCs ont été étudiées en mesurant leur capacité à dégrader le bleu de méthylène (MB). De plus, la relation entre les structures en ZnO, la luminescence et les propriétés photocatalytiques a été explorée en détail. Dans la deuxième étape, les ZnO NCs obtenus ont été couplés ajoutés à des nanoparticules d'or de tailles et fractions volumiques variables. Le rôle effectif des GNPs concernant leur morphologie, leur contenu et leur effet SPR sur la photoémission des nanostructures de ZnO est souligné par le transfert de charge et / ou d'énergie entre les constituants du système hybride. De plus, l’activité photocatalytique du système hybride a été examinée. Comme débouché et perspective de ce travail de thèse, l'intégration des ZnO NC dans une couche nanoporeuse de polymère (PMMA) a été réalisée et caractérisée afin d'obtenir un substrat de large surface à base de ZnO. Les ZnO NCs assemblés dans du PMMA pourraient être des substrats prometteurs en tant que catalyseurs pour la croissance de nanofils de ZnO, de nanomatériaux métalliques et de matériaux hybrides. / Hybrid heterojunctions composed of semiconductors and metallic nanostructures have perceived as a sustainable technology, due to their perfect effectiveness in improving, renovating, and enriching the properties of the integrated components. The cooperative coupling results in the variation of the system’s functional properties, by which the metal-generated surface plasmon resonance can enhance the charge separation, light absorption, as well as luminescence of the semiconductor. This phenomenon enables strong interactions with other photonic elements such as quantum emitters. These multifaceted functionalities arise from the synergic exciton-plasmon interaction between the linked units. Thereby, hybrid systems become suitable for various applications including: solar energy conversion, optoelectronic devices, light-emitting diodes (LED), photocatalysis, biomedical sensing, etc. Au-ZnO nanostructures have received growing interest in these applications, where the deposition of gold nanoparticles (GNPs) promotes the system’s response towards the visible region of the light spectrum through their surface plasmon resonance (SPR). Based on a specific size and purity of ZnO nanostructures, as well as the GNPs, and a definite inter-distance between the nanoparticles, the properties of the ZnO nanostructures are varied, especially the photoemission and photocatalytic ones. In this context, we have focused on the construction of size-tunable ZnO nanocrystals (NCs), then incorporated into GNPs solutions using a simple chemical way. This work is divided into two parts: the first is to perform synthesis of pure ZnO NCs having excellent UV photoluminescence. This was achieved through a low-temperature aqueous synthesis, resulting in rough and amorphous structures. The synthesis was followed by a post-thermal treatment in order to crystallize the obtained particles. The synthesis was followed by structural and optical studies (SEM, TEM, XRD, photoluminescence). The photocatalytic activities of ZnO NCs were studied through tailoring their ability to degrade the methylene blue (MB) dye. In addition, the relationship between ZnO structures, luminescence, and photocatalytic properties was explored in details. In the second step, the obtained ZnO NCs were added to gold nanoparticles of various sizes and volume fractions. The effective role of GNPs concerning their size, amount, and their capping molecule on the photoemission of the ZnO nanostructures was emphasized through the charge and/or energy transfer between the constituents in the hybrid system. In the same way, the systems photocatalytic activities were examined after coupling ZnO to GNPs. Further advancement in the integration of the ZnO NCs into PMMA polymer layers was featured in order to obtain large area template of homogenous ZnO properties. The PMMA-assembled ZnO nanoparticles could be promising substrates as catalysts for growing ZnO nanowires, metallic nanoparticles and hybrid nanomaterials.