Ce travail de thèse est principalement axé sur le développement d’une nouvelle méthode de manipulation de vortex d’Abrikosov individuels dans les supraconducteurs de type II. Cette méthode, rapide, efficace et précise, est basée sur l’optique en champ lointain et repose sur l’échauffement local du supraconducteur sous l’action d’un faisceau laser focalisé. Elle apporte une excellente alternative aux techniques existantes de manipulation de vortex, toutes basées sur l’utilisation de sondes locales, et donc intrinsèquement lentes et difficiles à mettre en oeuvre dans un environnement cryogénique. La combinaison de cette méthode à une technique d’imagerie magnéto-optique performante permet de déplacer des vortex individuels avec un taux de réussite de 100% et sur de grandes échelles limitées uniquement par le champ de l’objectif de microscope. Les vitesses de manipulation atteintes sont élevées, de l’ordre de 10 mm.s-1, mais encore limitées par l’instrumentation utilisée et loin des limites fondamentales offertes par cette méthode, estimées au km.s-1. La méthode de manipulation optique permet aussi de mesurer la distribution des forces de piégeage de chaque vortex d’un échantillon. En utilisant des puissances de chauffage laser permettant de dépasser localement la température critique, nous avons également pu étudier la pénétration des vortex à l’interface entre une zone normale et une zone supraconductrice.Durant ces travaux, nous avons aussi eu l’opportunité de mettre en évidence, par spectroscopie de molécules uniques, l’effet flexomagnétoélectrique dans un matériau multiferroïque, en employant un supraconducteur de type I comme générateur de champ magnétique inhomogène. Enfin, nous proposons à la fin de ce mémoire un concept de jonction Josephson créée tout optiquement, et dont les propriétés seraient contrôlables en temps réel par laser. / This thesis focuses on the development of a new manipulation technique to handle single Abrikosov vortices in type II superconductors. This fast, efficient and precise method is based on far field optics and rests on the local temperature elevation produced by a focused laser beam. It brings an excellent alternative to the existing techniques which are all based on local probes and thus heavy to implement in a cryogenic environment. The combination of this method with an efficient magneto-optical imaging system allows us to manipulate single vortices with a 100% rate of success on a large scale only limited by the field of view of the microscope objective. Manipulation speeds are high, of the order of 10 mm.s-1, but still limited by our setup and far from the fundamental limits offered by this technique, estimated to the km.s-1. This manipulation technique also allows to measure the pinning force of any single vortex in a superconducting sample. By using a high enough laser power which locally pushes the temperature above the critical temperature, we could also study the vortex penetration at the interface between normal and superconducting areas.In the course of this work, we also evidenced, with single molecule spectroscopy, the flexomagnetoelectric effect in a multiferoic material, by using a type I superconductor as a source of inhomogeneous magnetic field. Finally, we propose at the end of the manuscript the new concept of an optically created Josephson junctions, whose properties could be controlled in real time just with a laser beam.

Récemment, les études des propriétés de vortex Abrikosov dans des systèmes fortement anisotropes et magnétiques ont été stimulées par la découverte des supraconducteurs à base de fer et des supraconducteurs ferromagnétiques.Dans cette thèse nous étudions la statique et la dynamique de vortex dans ces systèmes. D’abord, le problème de l'interaction de vortex avec un petit défaut a été examiné dans le cadre de la théorie de Ginzburg-Landau. Le potentiel de pinning pour une cavité cylindrique elliptique a été calculé. D'autre part, la conductivité d'un supraconducteur anisotrope à l'état mixte a été analysée en détail dans le cadre de la théorie de Ginzburg-Landau dépendant du temps.Une partie significative de la thèse est consacrée à l'étude de l'interaction entre lesondes de spin (magnons) et vortex dans les supraconducteurs ferromagnétiques.Nous avons démontré que le spectre de magnon acquiert une structure de bande en présence d'un réseau de vortex idéal. En utilisant les équations phénoménologiques de London et de Landau-Lifshitz-Gilbert, nous avons étudié les réponses ac et dc de vortex dans les supraconducteurs ferromagnétiques. Enfin, nous avons examiné l'état de vortex dans des structures hybrides supraconducteur(S)-ferromagnétique(F)(par exemple, super-réseaux FS) avec une forte dispersion spatiale de la susceptibilité magnétique. Dans ces systèmes l'électrodynamique supraconductrice peut être fortement non locale, qui mène à l'attraction des vortex et à une transition de phase du premier ordre dans la phase de vortex. / Recently, the studies of the properties of Abrikosov vortices in strongly anisotropicand magnetic media have been stimulated by the discovery of the iron-based andferromagnetic superconductors. In this thesis an analysis of vortex statics anddynamics in such systems has been carried out. Firstly, the problem of vortex pinningon a small defect has been considered. Within the Ginzburg-Landau theory thepinning potential for a cavity in the form of an elliptical cylinder has been derived.Secondly, the flux-flow conductivity of an anisotropic superconductor has beenanalyzed in detail within the time-dependent Ginzburg-Landau theory.A significant part of the thesis is devoted to the study of interplay between spinwaves (magnons) and vortices in ferromagnetic superconductors. We havedemonstrated that the magnon spectrum acquires a Bloch-like band structure in thepresence of an ideal vortex lattice. Using the phenomenological London and Landau-Lifshitz-Gilbert equations, we studied the ac and dc responses of vortices inferromagnetic superconductors. Finally, we investigated the vortex state insuperconductor-ferromagnet (FS) hybrid structures (e. g., FS superlattices) withstrong spatial dispersion of the magnetic susceptibility. In such systems thesuperconducting electrodynamics may be strongly nonlocal, which leads to theattraction of vortices and to a first order phase transition at the lower critical field.

À l'interface entre l'optique, le magnétisme et la supraconductivité, nous cherchons à dévelop-per de nouveaux concepts pour la manipulation optique, la génération et l'étude des vortex d'Abrikosov individuels dans des systèmes supraconducteurs. D'une part, nous démontrons l'efficacité d'une méthode optique de génération spontanée d'une paire de vortex/anti-vortex par effet Kibble Zurek basée sur l'utilisation d'une impulsion laser focalisée à la surface d'un film supraconducteur. C'est une technique en champ lointain, rapide qui permet de créer et piéger une paire dans le condensat supraconducteur à une position stable et reproductible. Cette expérience est également adaptée à l'étude du scénario Kibble-Zurek, relatif à la nucléation spontanée de défauts topologiques, tels que les vortex d'Abrikosov, lors de transitions de phase rapides du second ordre. D'autre part, nous présentons les résultats d'une expérience pompe-sonde visant à étudier l'effet Faraday inverse dans le grenat de BiLuIG servant à l'imagerie magnéto-optique des vortex. Nous montrons qu'il est possible de générer un champ magnétique femtoseconde de plusieurs Tesla localisé dans le grenat grâce à une impulsion laser ultra-courte de polarisation circulaire. Ces résultats nous permettent d'étudier les conditions expérimentales pour une génération de paires de vortex/anti-vortex par méthode magnéto-optique, basée sur l'application d'un fort champ magnétique à la surface du supraconducteur. La possibilité de manipuler et générer les vortex, véritables nano-objets de l'état supraconducteur, offre des perspectives prometteuses quant au développement du contrôle optique de micro-circuits supraconducteurs tels que les jonctions Josephson. / At the interface between optics, magnetism and superconductivity, we want to develop new concepts for the optical manipulation, the generation and the study of individual Abrikosov vortices in superconducting systems. On one hand, we demonstrate the efficiency of an optical method to perform spontaneous generation of a single vortex/anti-vortex pair by Kibble Zurek effect, based on a laser pulse focused at the superconductor film surface. It is a fast far field method to create and trap a pair into the superconducting condensate at a reproducible and stable position. This experiment is also adapted to the study of the Kibble Zurek mechanism, describing nucleation of topological defects such as Abrikosov vortices during a fast second order phase transition. On the other hand, we present the results of a pomp-probe experiment to the study the inverse Faraday effect into a BiLuIG garnet used for magneto-optical imaging of vortices. We show the possibility to produce a strong femtosecond magnetic field of a few Tesla localized into the garnet with a circularly polarized ultra-short laser pulse. Those results lead to the determination of the experimental conditions necessary to generate a vortex/anti-vortex pair with a magneto-optical method based on the application of a strong magnetic field close to the superconductor surface. Fast optical manipulation and generation of vortices, which are intrinsic nano-objects of the superconducting state, should enable the development of optically driven superconducting micro-circuits such as Josephson junctions.