Ce travail de thèse a été consacré à l'étude à la fois théorique et expérimentale de la dynamique de l'aimantation assistée par un champ électrique dans un dispositif à base de (Ga,Mn)As. Une couche de (Ga,Mn)As, dont l’anisotropie magnétique est complexe, est un matériau de choix pour la manipulation de l’aimantation par un champ électrique.J’ai présenté une stratégie de retournement précessionnel de l'aimantation qui tire partie de la réduction transitoire de l'anisotropie cubique provoquée par une courte impulsion de champ électrique. A l’aide d’un modèle macrospin, j’ai démontré notamment qu'une impulsion de champ électrique de quelques ns de durée est suffisante pour basculer l'aimantation entre deux positions d'équilibres.L'aspect expérimental est basé sur l'utilisation d'une jonction p-n tout semi-conducteur dont la région dopée p est formée par une couche mince de (Ga,Mn)As. La déplétion des porteurs de charge dans le canal semi-conducteur provoquée par l'application d'un train d'impulsions de tension de courte durée induit une forte diminution du champ d'anisotropie cubique. L'étude expérimentale du renversement de l'aimantation en champ magnétique a conduit à la mise en évidence d'un retournement de l'aimantation via la nucléation et la propagation de parois et d’une distribution large des champs de piégeage. L'inhomogénéité magnétique au sein de la couche de (Ga,Mn)As a empêché l'observation d'une résonance ferromagnétique induite par un champ électrique. Néanmoins, des mesures de retournement avec une ou plusieurs impulsions de tension de grille ont permis de proposer un processus de renversement de l'aimantation induit par un champ électrique. / This work has been devoted to the study of both theoretical and experimental electric field induced magnetization dynamics in a (Ga,Mn)As based device. A layer of (Ga,Mn)As, whose magnetic anisotropy is complex, is of particular interest for magnetization manipulation by electric fields.I proposed a scheme for the precessional switching of the magnetization using cubic anisotropy field reduction triggered by electric field pulse. Using a model macrospin, I demonstrated that a ns-pulse is sufficient to switch the magnetization between two equilibrium positions.An all-semiconductor epitaxial p-n junction based on low-doped (Ga,Mn)As was fabricated. Gating effects triggered by low voltage pulses induced a strong decrease of the cubic anisotropy field. I demonstrated that magnetization reversal is dominated by the nucleation and the propagation of domain walls. The distribution of pinning fields was found to be broad. Due to a magnetic inhomogeneity of the (Ga,Mn)As layer, it was not possible to observe any ferromagnetic resonance induced by an electric field. However, I proposed a magnetization reversal scenario based on single or multiple gate voltage pulses measurements

Alors que toutes les expériences de violation de la parité (PV) dans les transitions atomiques très interdites utilisent jusqu'ici la détection par fluorescence, notre expérience est de type pompe-sonde avec détection du signal PV directement sur un faisceau sonde transmis. Un faisceau laser impulsionnel de polarisation linéaire ε_1 excite les atomes de césium sur la transition 6S-7S dans un champ électrique colinéaire E parallèle à k_ex. Le faisceau sonde (k_pr parallèle à k_ex) de polarisation linéaire ε_2 accordé sur la transition 7S-6P3/2 est amplifié. La petite asymétrie (de l'ordre de 10^-6) dans le gain qui dépend du sens du tnèdre (E, ε_1, ε_2) est la manifestation de l'effet PV. On la mesure par une apparente rotation de la polarisation sonde, impaire en E, dans un polarimètre utilisé en mode équilibré. La mise en oeuvre de nouveaux critères de sélection nous permet de discriminer le vrai signal PV de fausses rotations dues à des interférences électromagnétiques, aux effets géométriques, aux imperfections des polarisations pompe et sonde, ou à la présence de champs électriques ou magnétiques transverses. Ces critères de sélection exploitent la symétrie du signal PV - dichroisme linéaire - et la symétrie de révolution de l'expérience. Ceci permet non seulement de rejeter de faux signaux mais aussi d'identifier les mécanismes en jeu, la nature des défauts et de déterminer leur grandeur. Le rapport signal-sur-bruit actuel permet d'entreprendre des mesures PV à la précision statistique de 10%. Une mesure à 1% nécessite des améliorations. Nous avons démontré deux voies possibles. La première exploite l'amplification de l'asymétrie à fort gain, l'un des atouts majeurs de notre méthode de détection basée sur l'émission stimulée. La seconde combine l'augmentation de l'intensité sonde incidente et l'usage d'une lame dichroique amplifiant de petites rotations de polarisation.

Les propriétés de plasmas générés par laser ont été étudiées. Dans nos conditions expérimentales et quelques soient les éléments analysés (Al, Cu, Fe, Mo, Pt), la majorité des espèces évaporées sont des ions, d'énergies typiques de 60 eV à 100 eV. Du fait des mécanismes d'excitation et recombinaison, la constante adiabatique qui gouverne la détente du plasma (température, distribution angulaire) est de l'ordre de 1.2, inférieure à la valeur 5/3 caractéristique d'un gaz monoatomique. Un fort confinement du plasma est obtenu sous un champ magnétique, B, jusqu'à 5 T. La température initiale du plasma alors déduite est de l'ordre de 100000 K. Au premier ordre, la distribution énergétique n'est pas modifiée par le champ. Du fait de la forte densité du plasma résultant du confinement, les phénomènes de recombinaison ne sont pas négligeables. Une méthode originale d'élaboration de dépôts directement structurés a été proposée, associant les effets combinés, sur un plasma, de champs magnétique et électrique.

Nous avons étudié par spectroscopie optique les propriétés électroniques de boîtes quantiques (BQs) de GaN/AlN crûes en épitaxie par jets moléculaires selon la direction non-polaire [11-20] (axe a). Dans cette orientation on attend une forte réduction des effets du champ électrique interne existant dans les hétérostructures d'axe [0001] (axe c), ce que nous avons vérifié expérimentalement par des expériences de photoluminescence (PL) résolue et intégrée en temps d'un ensemble de boîtes.<br />La réalisation d'un montage de microPL optimisé pour l'UV nous a permis d'isoler les premiers spectres de BQs uniques de GaN plan a. Des effets de charges locales responsables de l'élargissement des raies de PL (diffusion spectrale) ont pu être mises en évidence et partiellement contrôlés par l'application d'un champ électrique vertical.<br />La dépendance en température des raies de BQs uniques nous a permis d'étudier le couplage de l'exciton confiné avec les phonons acoustiques. La modélisation de ce mécanisme ainsi que les valeurs des temps de déclin indiquent que la localisation latérale de l'exciton est plus forte que celle imposée par la boîte.

L'application d'un champ de forces externes à un milieu liquide contenant un ou plusieurs solutés permet d'agir sur sa composition en modifiant les conditions d'équilibre thermodynamique. En particulier surimposer un champ électrique aux transferts entre phases non miscibles conduit à rendre complètes l'extraction liquide liquide d'un soluté contenu dans une phase non polaire ou la dissolution d'un sel réputé insoluble. Le passage d'un courant électrique continu d'intensité. constante dans une solution électrolytique diluée, initialement homogène et au repos dans des conditions isothermes, provoque la migration des ions vers l'une et l'autre électrode. Il en résulte des variations locales de concentration qui modifient 1a composition de la solution. On s'intéresse plus particulièrement aux phénomènes qui apparaissent lorsqu'on applique le courant à une solution aqueuse d'acides (ou de bases) contenue dans un tube en U, éventuellement au contact au niveau de la cathode (ou de l'anode) avec une phase organique, non miscible et non conductrice, mais contenant un électrolyte présent dans l'eau. Par extension on étudie aussi les phénomènes qui accompagnent le passage d'un courant électrique dans un milieu liquide contenant un sel quasiment insoluble. L'évolution dans le temps du système s'explique à partir des lois générales gouvernant les phénomènes mis en jeu qui sont l'électromigration, la diffusion et les trarssferts interfaciaux. Ayant défi'1i les conditions initiales, on établit l'expression des flux de matière associés à ces phénomènes, puis, tenant compte des équilibres électrochimiques, on en déduit, par simple bilan, les équations donnant les variations sur les concentrations locales de chaque espèce. La résolution de ce système complexe d'équations aux dérivées partielles est réalisée sur ordinateur à l'aide d'une méthode pas à pas, généralisable à un mélange quelconque de solutés. On obtient ainsi le profil de concentration de chaque espèce le long de l'axe du tube, à tout instant.

Nous avons déterminé par diffusion de rayons X le potentiel d'interaction entre deux bicouches, une première adsorbée sur un substrat solide et une deuxième flottant à proximité. Nous montrons que les interactions dans ces systèmes fortement hydratés sont deux ordres de grandeur plus faibles que dans les travaux précédents menés sur des phases multilamellaires. Cette caractéristique est attribuée à la répulsion électrostatique due à la faible fraction de lipides ionisés. Nous avons de plus accès aux potentiels de répulsion entropique, et testons les différents modèles théoriques existants. Les effets d'un champ électrique sur les membranes ont également été étudiés. Nous montrons que le champ induit une tension négative et une rigidité positive, et mène à la déstabilisation d'une bicouche supportée sous certaines conditions. Finalement, nous mesurons les propriétés de membranes chargées par diffusion de rayons X, nous permettant d'accéder aux limites de la théorie de Poisson-Boltzmann.

La création du premier laser en 1960 puis l’envol des télécommunications par fibres optique a généré le développement des circuits optiques intégrés. Ces derniers sont des solutions efficaces aux problèmes d’encombrement et d’instabilité. Un contrôle accru des signaux passe cependant par l’exploitation de la polarisation qui permet notamment d’augmenter les débits, de fiabiliser les signaux et de protéger les sources par une isolation optique. Cette dernière application fait partie d’un vaste projet mené par l’IMEP-LAHC en collaboration avec le laboratoire Hubert Curien de Saint-Etienne. L’isolateur sur verre comprend l’intégration d’un séparateur de polarisation, d’un rotateur Faraday et d’un rotateur réciproque de polarisation à 45°. L’objectif de ces travaux «était de démontrer la faisabilité de la dernière fonction. La réalisation s’est basée sur l’exploitation d’échanges d’ions assistés par un champ électrique (EAC). Une première étape a consisté à maîtriser les effets de bords inhérents aux EAC, afin de modeler le cœur d’un guide d’onde et incliner les axes neutres de polarisation. Ceci a été obtenu en cascadant deux EAC, le premier créant un guide d’indice de réfraction uniforme, le deuxième modelant son cœur. Le contrôle de la position des axes neutres a ainsi été démontrée pour la première fois dans cette technologie puisqu’une inclinaison à (46,6 ± 0,1)° en entrée et (42,3 ± 0,1)° en sortie a été mesurée. L’étude numérique du procédé de fabrication du rotateur réciproque a également été effectuée et l’adiabaticité du composant a été validé analytiquement. Une première réalisation a mis en évidence un problème de pertes élevées liées au dégazage des sels d’échange. Des pistes d’optimisation sont donc avancées. Une suggestion d’amélioration du rotateur Faraday est également présentée. Elle exploite les progrès obtenus sur les EAC et démontre la faisabilité de guides d’ondes à biréfringence négative. Finalement un procédé de fabrication de l’isolateur complet, compatible avec le budget thermique, est proposé. / The fabrication of the first laser in 1960 and the growth of fiber optics telecommunications have led to the development of integrated optics circuits. Theses lasts are efficient solutions to compacity and misalignment problems. Moreover, polarization management in integrated circuits enables to increase the data rate, to guaranty the signals reliability or to protect optical sources. The work presented here is dedicated to this last application, which is the motive of a long-term collaboration between IMEP-LAHC and the Hubert Curien institute in Saint-Etienne. Indeed, we proposed to fabricate a 45° reciprocal polarization rotator that is part of the optical isolator’s design, along with a polarization splitter and a Faraday rotator. We choose to use a field-assisted ion-exchange technique (FAIE). The implementation of the polarization rotator requires managing the side effects of the electrical field lines occurring during a FAIE. It allows controlling the waveguide core’s shape and thus the eigen axes tilt. It was obtained thanks to two cascaded FAIE. The first one, an Ag+/Na+ ion exchange, creates a high refractive index waveguide while the second one, a Na+/Na+ ion exchange, modifies the shape of the waveguide’s core. Measurements of the experimental polarization behavior are a first proof of a controlled tilt of eigen axes in this technology. Indeed, the waveguide exhibits a tilt of its eigen axes of (46.6 ± 0.1)° at the input and (42.3 ± 0.1)° at the output.The numerical study of the reciprocal rotator’s process has also been proposed and the adiabaticity of the design analytically validated. The first realization highlights high propagation losses that can linked to the degassing of the nitrate salts occurring during the FAIE. Possible improvements are thus suggested in the document.An enhancement of the Faraday rotator’s design is also proposed. It is obtained thanks to the fabrication of a waveguide exhibiting a negative birefringence whose design exploits the progress achieved in term of FAIE control. Eventually, a complete fabrication of the integrated isolator is proposed, taking into account the thermal budget of the various processes.

Le développement de systèmes IRM à plus haut champ magnétique statique s'est accompagné d'une interrogation légitime concernant l'effet des champs électromagnétiques RF sur les patients. L'effet peut être renforcé par l'introduction d'éléments conducteurs à l'intérieur de la bobine RF comme c'est le cas pour les capteurs endoluminaux utilisés pour l'analyse des parois digestives. Ces capteurs entraînent des risques d'échauffements locaux élevés pour le patient en raison du TAS local induit par le champ électrique RF en présence d'un fil conducteur. Ces capteurs ayant le potentiel de présenter un bénéfice pour le patient, il est nécessaire de s'affranchir de ces limitations. Le premier objectif de la thèse est le développement d'un capteur endoluminal à liaisons optiques. Un dispositif de découplage actif optique a été développé et caractérisé. Les images RMN in vitro montrent une distribution du RSB comparable au découplage classique, validant ainsi l'efficacité du découplage optique. Concernant la transmission optique du signal RMN, des travaux ont été réalisés afin de s'affranchir des contraintes liées à l'utilisation d'un guide d'onde pour la conversion électro-optique par effet Pockels. Le capteur a été rendu plus compact. En revanche, l'importance de contrôler le TAS local dans des conditions expérimentales données demeure un besoin ne s'arrêtant pas à ceux des capteurs endoluminaux. Le second objectif est donc la validation expérimentale d'une sonde électro-optique pour la mesure du champ électrique RF durant un examen IRM. Cette sonde a permis d'effectuer des mesures du champ électrique dans l'air et dans différents milieux biologiques à 3 T et 4,7 T et estimer le TAS local / The recent advancement in MRI systems and the increase of the static magnetic field strength were accompanied by a strong concern about the effect of RF electromagnetic fields on patients. The effect can be increased by the use of conductive elements inside the volume coil as in the case of endoluminal coils used to analyze digestive walls. These coils lead to an increase of the local SAR which is induced by RF electric field in the presence of the coaxial cable connecting the coil to the MR system, resulting in strong local heating. Giving that these coils have the potential to present a real benefit to the patient, it worth to overcome these limitations. Accordingly, the first objective of the thesis is the development of a fully optical endoluminal receiver coil. An optical active detuning system has been developed and characterized. The NMR images show a signal-to-noise ratio distribution similar to that obtained with conventional detuning techniques, thus validating the efficiency of the optical detuning. Concerning the electro-optical conversion and the optical transmission of the NMR signal, experiments were performed to overcome constraints related to the use of waveguide for electro-optical conversion by Pockels effect. Moreover, the importance of monitoring global and local SAR during MRI exams remains a need which is not limited only to the endoluminal coils. The second objective of the thesis is then the experimental validation of an electro-optical probe for real-time measurements of RF electric field. This probe can measure the RF electric field in air and in biological media at 3 T and 4.7 T MRI systems and allows the estimation of the local SAR

A l'interface solide-liquide, des réactions physicochimiques conduisent à polariser l'interface et à former la double couche électrique (DCE). La circulation du liquide transporte une partie des charges électriques de la DCE et conduit au phénomène d'électrisation par écoulement. Dans les transformateurs de puissance, constitués, entre autres, d'huile minérale et de carton d'isolement, le phénomène d'électrisation est suspecté d'être à l'origine de certaines défaillances et accidents. Dans cette problématique de risque, de nombreuses études ont été menées et ont permis de mettre en évidence l'influence de paramètres significatifs : nature des matériaux, humidité des matériaux, géométrie et vitesse de l'écoulement, température. Peu d'études se sont concentrées sur l'influence du champ électrique, en particulier les champs continus (DC). Même si le champ électrique généré dans les équipements de puissance est principalement alternatif (AC), il n'en est pas moins vrai que des champs électriques continus (DC) résiduels peuvent être présents, en particulier dans les dispositifs H.V.D.C (High Voltage Direct Current). L'objet du travail s'inscrit dans ce contexte et a pour but, dans une approche à la fois expérimentale et numérique, d'apporter des éléments de réponse sur le développement et le transport des charges de la double couche électrique sous contrainte de champ électrique externe. / At the solid-liquid interface, physicochemical reactions lead to the polarization of the interface and to the formation of an electrical double layer (EDL). The process of flow electrification is due to the convection of part of the electrical charges located in the EDL. In power transformers within which mineral oil and pressboard are commonly used for cooling and electrical insulation, a flow electrification phenomenon is suspected to be responsible of failures. In this hazard assessment problematic, many studies have been made and allowed identifying the influence of significant parameters: nature of materials, moisture level of materials, flow geometry and velocity, temperature. Few studies have focused on the influence of the electric filed, particularly the continuous electric fields (DC). Even though the electric field generated within power transformers is mainly alternating (AC), it is nonetheless true that residual DC electric fields may be detected (e.g. High Voltage Direct Current appartus). This present work fits in this context and aims at providing, both through an experimental and numerical approach, some answers on the development and the transport of charges from the electrical double layer under external electric field stresses.

L'objectif principal de cette thèse est l'évaluation de la technologie de chauffage par micro-ondes et son applicabilité dans l'étape de densification, dans le cadre d’un procédé de recyclage des déchets nucléaires à très longue vie et ensuite le suivi du procédé de frittage de l'oxyde de cérium, simulant de l’oxyde de plutonium. Dans ce travail, nous avons développé un système permettant de déterminer les propriétés diélectriques de l'oxyde de cérium et avons fait une étude comparative entre le frittage par chauffage micro-ondes dans une cavité monomode et le frittage conventionnel dans un dilatomètre classique pour deux poudres de cérine: l’une de taille micrométrique, la seconde de taille nanométrique. En outre, nous avons effectué des simulations numériques sur la base d’un modèle couplant électromagnétisme et transfert de chaleur. Ces travaux ont montré l’effet de la taille d’une particule sphérique modèle sur le champ électrique (E) dans la particule et autour d’elle. Dans le cadre d’empilements modèles, nous avons montré que la présence d’un cou entre ces particules, leur orientation par rapport au champ E et le nombre de particules constitutives de cet empilement jouent un rôle déterminant sur l’intensité du champ E, ce qui a des conséquences sur le chauffage des particules. / The main objective of this thesis is the evaluation of the heating by microwave technology and its applicability in the densification step, as a part of nuclear long life wastes recycling process and then the following up of the sintering of cerium oxide, a non-radioactive simulant of plutonium oxide. In this work, we developed a system for determining the dielectric properties of cerium oxide and made a comparative study between the sintering by microwave heating in a single-mode cavity and the conventional sintering in a dilatometer for two different powders of ceria: the first one has a micrometric particle size and the second has a nanometric one. In addition, we performed several numerical simulations on the basis of a model coupling electromagnetics and heat transfer. In these works, we have shown the effect of the size of a spherical model particle on the electric field (E) inside and around the particle. In the framework of a packing model of particles, the presence of a neck between these particles, their orientation relative to E field, and the number of these particles showed a decisive role in the intensity of the E field which has a direct impact on the heating of the particles.