Ce travail est consacré à l'étude expérimentale de l'origine de l'Effet Hall Anormal (EHA) et de la propagation d'une paroi de domaine. Pour cela, j'ai développé une technique de mesure basée sur l'effet Hall Anormal (EHA) qui a permis de suivre en temps réel la propagation d'une paroi magnétique dans des pistes submicroniques. La première partie est consacrée à étudier l'origine de l'EHA dans des films ultraminces de Pt/Co/Pt/Al2O3 à anisotropie magnétique perpendiculaire. En modifiant les propriétés structurales des interfaces par irradiation ionique, j'ai montré que la diffusion à la surface et aux interfaces sont les mécanismes dominants contribuant à l'EHA. En parallèle, j'ai utilisé l'EHA pour étudier la dynamique d'une paroi de domaine 1D dans des pistes submicroniques de largeur w0 gravées dans les films de Pt/Co/Pt/Al2O3. La vitesse de propagation de la paroi de domaine v(H) est fortement réduite lorsque w0 diminue et elle suit un comportement de reptation. Le champ critique effectif est proportionnel à 1/w0. Des mesures dans des pistes avec des défauts artifiellement contrôlés nous montrent que cet effet est du à la présence de la rugosité de bords de la piste introduite pendant les étapes de lithographie et de gravure. Un modèle théorique de reptation a été développé et il est en accord avec les résultats expérimentaux. Enfin, dans la dernière partie, nous avons démontré que la dynamique de propagation de la paroi peut être fortement modifiée par l'irradiation.

Ce manuscrit est divisé en trois parties distinctes. les deux<br />premières parties sont axées sur l'étude de quelques mécanismes<br />intrinsèques de l'effet Hall anormal. Nous montrons notamment que la<br />diffusion des porteurs de charge par des impuretés ou des défauts<br />donne une contribution intrinsèque non négligeable à l'effet Hall<br />anormal. Nous proposons ensuite une expérience, basée sur un réseau de<br />nanocylindres magnétiques, placé au dessus d'un gaz d'électrons<br />bidimensionnel, dans laquelle les contributions intrinsèques de<br />l'effet Hall anormal sont clairement identifiables et contrôlables.<br />Enfin, nous abordons le problème du mécanisme de chiralité de spin<br />proposé pour expliquer l'effet Hall dans le composé pyrochlore<br />Nd$_2$Mo$_2$O$_7$. En utilisant un modèle de gaz sur réseau ainsi<br />qu'une configuration magnétique non colinéaire (chirale), nous<br />montrons que la conductivité transverse a une dépendance complexe par<br />rapport à la chiralité de spin.<br /><br />La dernière partie de ce manuscrit est dédiée à l'étude de quelques<br />propriétés des gaz d'électrons soumis à un champ magnétique<br />inhomogène. Après un bref rappel sur la dynamique d'électron en<br />présence d'un gradient de champ magnétique constant, nous abordons le<br />problème d'un champ magnétique périodique spatialement. En calculant<br />quelques états de Bloch aux points de haute symétrie, nous montrons qu'il<br />existe des états pour lesquels les électrons sont localisés au<br />voisinage des lignes de champ nul. Le calcul des courants de<br />probabilité montre que ces états sont porteurs de courants permanents<br />dont l'origine est liée aux inhomogénéités du champ magnétique au<br />voisinages des lignes de champ nul.

L'objectif de ce travail de thèse est de comprendre l'influence des<br />hétérogénéités magnétiques sur les propriétés de transport de<br />nano-structures de la spintronique. Pour le mener à bien, on a développé un<br />Microscope à Force Magnétique (MFM) original qui fonctionne à la<br />température ambiante sur une large gamme de champ. Le<br />caractère innovant de notre approche a été de développer un MFM capable de<br />mesurer in-situ les propriétés de transport, ceci afin de les corréler avec<br />la visualisation des domaines et parois magnétiques. <br />L'étude d'une structure hybride métal/isolant (une bicouche grenat/nickel) a per<br />mis d'étudier le couplage à l'interface ainsi que la rigidité sur une dizaine de<br /> microns du réseau de domaines dans le grenat. <br />Dans une deuxième phase, on s'est intéressé au déplacement d'une paroi<br />induit par un courant électrique. Nous avons développé un modèle classique<br />simple pour expliquer le transfert de spin d'un courant polarisé traversant une <br />paroi de domaines, ainsi qu'un nouveau mécanisme basé sur le chargement électriq<br />ue des parois par effet Hall. Nos études expérimentales sur l'injection de coura<br />nt dans des échantillons de cobalt ultra-fins à aimantation perpendiculaire, mon<br />trent que l'effet de dépiégeage des parois domine largement dans ce système. Nou<br />s expliquons ce phénomène par un effet de déformation de la structure interne de<br /> la paroi induite par le courant.

Cette thèse est consacrée à la description de la physique à une particule ainsi qu'à celle de fluides quantiques bosoniques dans des systèmes topologiques. Les deux premiers chapitres sont introductifs. Dans le premier, nous introduisons des éléments de théorie des bandes et les quantités géométriques et topologiques associées : tenseur métrique quantique, courbure de Berry, nombre de Chern. Nous discutons différents modèles et réalisations expérimentales donnant lieu à des effets topologiques. Dans le second chapitre, nous introduisons les condensats de Bose-Einstein ainsi que les excitons-polaritons de cavité.La première partie des résultats originaux discute des phénomènes topologiques à une particule dans des réseaux en nid d'abeilles. Cela permet de comparer deux modèles théoriques qui mènent à l'effet Hall quantique anormal pour les électrons et les photons dû à la présence d'un couplage spin-orbite et d'un champ Zeeman. Nous étudions aussi l'effet Hall quantique de vallée photonique à l'interface entre deux réseaux de cavités avec potentiels alternés opposés.Dans une seconde partie, nous discutons de nouveaux effets qui émergent due à la présence d'un fluide quantique interagissant décrit par l’équation de Gross-Pitaevskii dans ces systèmes. Premièrement, il est montré que les interactions spin anisotropes donnent lieu à des transitions topologiques gouvernées par la densité de particules pour les excitations élémentaires d’un condensat spineur d’exciton-polaritons.Ensuite, nous montrons que les tourbillons quantifiés d'un condensat scalaire dans un système avec effet Hall quantique de vallée, manifestent une propagation chirale le long de l'interface contrairement aux paquets d'ondes linéaires. La direction de propagation de ces derniers est donnée par leur sens de rotation donnant lieu à un transport de pseudospin de vallée protégé topologiquement, analogue à l’effet Hall quantique de spin.Enfin, revenant aux effets géométriques linéaires, nous nous sommes concentrés sur l’effet Hall anormal. Dans ce contexte, nous présentons une correction non-adiabatique aux équations semi-classiques décrivant le mouvement d’un paquet d’ondes qui s’exprime en termes du tenseur géométrique quantique. Nous proposons un protocole expérimental pour mesurer cette quantité dans des systèmes photonique radiatifs. / This thesis is dedicated to the description of both single-particle and bosonic quantum fluid Physics in topological systems. After introductory chapters on these subjects, I first discuss single-particle topological phenomena in honeycomb lattices. This allows to compare two theoretical models leading to quantum anomalous Hall effect for electrons and photons and to discuss the photonic quantum valley Hall effect at the interface between opposite staggered cavity lattices.In a second part, I present some phenomena which emerge due to the interplay of the linear topological effects with the presence of interacting bosonic quantum fluid described by mean-field Gross-Pitaevskii equation. First, I show that the spin-anisotropic interactions lead to density-driven topological transitions for elementary excitations of a condensate loaded in the polariton quantum anomalous Hall model (thermal equilibrium and out-of-equilibrium quasi-resonant excitation configurations). Then, I show that the vortex excitations of a scalar condensate in a quantum valley Hall system, contrary to linear wavepackets, can exhibit a robust chiral propagation along the interface, with direction given by their winding in real space, leading to an analog of quantum spin Hall effect for these non-linear excitations. Finally, coming back to linear geometrical effects, I will focus on the anomalous Hall effect exhibited by an accelerated wavepacket in a two-band system. In this context, I present a non-adiabatic correction to the known semiclassical equations of motion which can be expressed in terms of the quantum geometric tensor elements. We also propose a protocol to directly measure the tensor components in radiative photonic systems.