Aujourd'hui, la puissance de calcul des processeurs et la capacité de stockage des disques durs tels que conçus dans l'électronique moderne sont limités par la limite thermodynamique aux systèmes finis. Pour garder une vitesse de développement tel que prédit par la loi de Moore, il est donc nécessaire de considérer de nouveaux types d’architecture d’unité de calcul et stockage d’information. Un autre problème réside dans la gestion des pertes de courant par effet Joule, qui deviennent critiques dès lors que l’on atteint de très fortes densités de transistors et bits magnétiques. Notre étude s’inscrit dans ces problématiques, par la conception de nouveaux systèmes à fort couplage magnéto-électrique qui permettrait de contrôler l’information magnétique par l’injection de faibles courants électriques. Notre objectif a été de concevoir un système à fort couplage magnéto-électrique. Il existe des matériaux possédant un couplage entre ordre magnétique et ordre ferroélectrique de façon intrinsèque. Ce type de structures représente une bonne base d’analyse conceptuelle sur la nature d’hybridation des ordres férroiques. Cependant le couplage y est généralement faible, et ne permet pas l’intégration de ces matériaux dans l’électronique moderne.Une autre option consiste à artificiellement générer un couplage magnéto-électrique à travers l’interface entre deux matériaux possédant chacun un des ordres férroiques. Nous avons travaillé essentiellement sur ce type d’hétérostructure binaire, alliant un substrat ferroélectrique type, (BaTiO3) avec, dans un premier temps, un film ultra-mince ferromagnétique type (Fe, Co, FeNi). Nous avons montré la présence d’une signature d’un couplage magnéto-électrique faible à l’interface de ces systèmes. Nous avons ensuite proposé de remplacer le matériau ferromagnétique typique par un film mince de FeRh, un alliage qui possède une transition de phase magnétique d’antiferromagnétique à ferromagnétique juste au-dessus de la température ambiante, qui dépend à la fois de la température, de la pression et du champ magnétique.Nous avons alors réalisé une étude de croissance de FeRh en films ultra-minces. Nous avons pu montrer que l’alliage garde une température de transition bulk et une transition assez abrupte jusqu’à 5nm d’épaisseur. Nous avons ensuite étudié le couplage magnéto-électrique dans le système FeRh(22nm)/BaTiO3 par magnétométrie SQUID sous champ électrique. Nous avons démontré un très fort effet magnéto-électrique induit par contrainte mécanique, possédant une constante de couplage record, α = 1.6 x 10-5 s.m-1, un ordre de grandeur au-dessus des valeurs rapportées dans la littérature.Utilisant notre connaissance du système, nous avons montré l’intérêt conceptuel d’utiliser un matériau à transition de phase dans les architectures novatrices de mémoire, en proposant une description mathématique d’un comportement memristif dans le système FeRh/piézoélectrique.Finalement, l’utilisation pratique de FeRh nous a amené à étudier l’alliage par calculs Ab Initio sous contrainte mécanique et sous injection de charges, pour comprendre plus fondamentalement la nature et les mécanismes de la transition. / One of the most practical concept used in physics and engineering is the concept of triggeror switch, consisting of a means to start a controlled chain of energy transformation.A switch can lead to reversible or irreversible consequences. Technological developmentusually seeks to make use of the former because it allows for repetitive logical tasks. Suchtriggers exist via the coupling between two or more types of energetic transformations.It is formally described by the interaction between two or more distinct fields and theirexpression on a system. Amongst the most studied coupling in material physics, we findelectro-mechanical couplings such as piezoelectricity or ferroelectricity, electro-caloric ormagneto-caloric couplings such as pyroelectricity and pyro-magnetism, magneto-electric,etc. The fundamental and experimental domestication and understanding of these couplingsis usually followed (and very often motivated) by the design of practical applicationin electronics engineering technology.

Magnetické nanočástice a nanostrukturované materiály jsou velkým příslibem v mnoha oblastech, včetně biomedicíny, sanace životního prostředí nebo získávání energie. Proto neustále roste zájem o výzkum jejich jedinečných vlastností a vývoj uskutečnitelných výrobních postupů. Tato práce se zabývá metodou samouspořádávání, spočívající v povrchové precipitaci tenkých vrstev, za účelem výroby epitaxních polí nanoostrůvků ze slitiny FeRh na různých monokrystalických substrátech. Při tomto výrobním postupu zůstává zachována metamagnetická fázová přeměna nanoostrůvků. Morfologie a magnetické vlastnosti samouspořádaných nanomagnetů z FeRh jsou charakterizovány kombinací experimentálních technik a modelování, přičemž bylo zjištěno, že jejich rovnovážné tvary a magnetické uspořádání jsou navzájem propojeny. Kromě toho je navržena cesta pro získání volných nanočástic, která by mohla potenciálně umožnit využití metamagnetických nanostruktur v buněčných kulturách a biomedicíně obecně. Za tímto účelem jsou nanoostrůvky FeRh uvolňovány ze substrátu chemickým leptáním. Chování nanočástic a jejich reakce na teplotu a magnetické pole jsou studovány v kapalném prostředí. Metamagnetické vlastnosti separovaných nanočástic jsou charakterizovány pomocí vibrační magnetometrie.

Výměnná anizotropie je zajímavý fyzikální jev vznikající na rozhraní antiferomagnetických (AF) a feromagnetických (FM) materiálů, který již je široce používán v elektronickém průmyslu a magnetickém záznamu. Přestože byl tento jev dlouhou dobu intenzivně studován, jeho přesný mechanizmus zatím nebyl uspokojivě vysvětlen. V této práci je představen přehled studií dokumentujících výměnnou anizotropii v tenkých dvojvrstvách, včetně experimentálních výsledků a teoretických modelů. Experimentální úkoly této diplomové práce zahrnovaly jak výrobu, tak měření různých modelových systémů vykazujících výměnnou anizotropii. Dvojvrstva Fe/FeRh, kde vrstva FeRh prochází fázovou přeměnou z AF fáze na FM fázi při 360 K, poskytuje možnost nastavení parametrů výměnné anizotropie. Dále byly zkoumány účinky výměnné anizotropie a tvarové anizotropie v mikrostrukturách Fe/FeRh. Konečně, přítomnost výměnné anizotropie byla zkoumána mezi FM a AF fází koexistujícími během fázové přeměny v nanodrátech FeRh. Vzorky byly vyrobeny pomocí magnetronového naprašování a elektronové litografie. Všechny prezentované systémy byly analyzovány pomocí magnetooptické Kerrovy mikroskopie. Výměnná anizotropie byla úspěšně nalezena v systému Fe/FeRh, přičemž její velikost byla téměř identická co do rozsahu i orientace s výsledky v literatuře, přestože námi vyrobená dvojvrstva měla horší kvalitu FM-AF rozhraní. Bylo také prokázáno, že v tomto systému existuje tzv. tréninkový efekt (Training effect), což je výrazným důkazem existence výměnné anizotropie. U nanodrátů bylo změřena významná výměnná anizotropie mezi koexistujícími fázemi FM a AF během fázové přeměny.

High pressure on the development of new magnetic materials and their miniaturization also emphasizes the development of new analytical techniques. This diploma thesis deals with the development and demonstration of correlated magnetic force and electron microscopy, which is a promising tool for the characterization of magnetic nanomaterials. The first part of this thesis describes the fundamental physics of micromagnetism with a focus on cylindrical nanofibers. The following pages describe optic, probe, electron, and synchrotron methods for mapping the magnetic properties of materials. The next part describes magnetic domain wall motion in cylindrical nanowires performed as a part of a more extensive material study. The last part of the thesis describes the development of correlated magnetic force and electron microscopy on LiteScope device. A production of magnetic probes was designed and successfully tested. Probes were fabricated by focused electron beam-induced deposition from the Co2(CO)8 precursor. Further, the developed correlated microscopy is demonstrated on a multilayer PtCo sample, magnetic cylindrical nanofibers, NiFe vortex structures, and FeRh metamagnetic nano-islands.