Ce travail de thèse traite de la dynamique ultrarapide de spins et de charges dans des oxydes de fer. Dans un premier temps, on montre à l'aide d'un montage pompe-sonde résolu en temps et exploitant l'effet Faraday magnéto-optique, que le temps de désaimantation dans une assemblée de nanoparticules de maghémite est plus rapide que le temps de désaimantation dans une assemblée de nanoparticules de magnétite. Une superposition des temps de thermalisation des électrons et de désaimantation est observée dans la maghémite. Cette accélération du temps de désaimantation est interprétée comme étant la conséquence d'un renforcement des interactions antiferromagnétiques dans la maghémite. La seconde partie prouve qu'il est possible de caractériser la transition de Verwey dans un film de magnétite grâce à des signaux de dynamique de charges et de spins. La dynamique ultrarapide d'aimantation se caractérise par un mouvement de précession dépendant de la température. D'importantes modifications des oscillations sont visibles de part et d'autre de la température de Verwey, reflétant un changement d'anisotropie caractéristique de cette transition. / This work deals with spins and charges ultrafast dynamics in iron oxide. Thanks to a time-resolved magneto-optical Faraday effect measurements, we show the demagnetization time in an assembly of maghemite nanoparticles is faster than the demagnetization time in an assembly of magnetite nanoparticles. A superposition of thermalization times of electron and demagnetization times is observed in maghemite. This acceleration of the demagnetization time is interpreted as the effect of an enhancement of antiferromagnetic interactions in maghemite. The second part demonstrates the possibility to characterize the Verwey transition in a thin film of magnetite thanks to charges and spins dynamics signals. The ultrafast magnetization dynamic shows a temperature-dependent precession motion. Huge modifications of oscillations are visible on both side of Verwey temperature, reflecting an anisotropy change typical of this transition.

Mon travail décrit la dynamique de l'aimantation pico et femtoseconde mesurée grâce à la structure temporelle des rayons X. J'ai étudié la désaimantation ultrarapide des métaux de transitions (MT) et des terres rares (TR) dans différents alliages MT-TR sous forme de films minces (~ 20 nm). Mes études reposent principalement sur les techniques expérimentales sensibles à l'aimantation et résolues en temps : tr-XMCD et tr-MCDAD. Ces deux techniques expérimentales offrent par ailleurs une sélectivité chimique qui permet de mesurer séparément la désaimantation ultrarapide des MT et des TR. Elles reposent sur des montages expérimentaux pompe-sonde que j'ai utilisé dans les synchrotrons SOLEIL et BESSY II. / My PhD work describes the pico and femtosecond magnetization dynamics using the time structure of X-rays. I studied the ultrafast demagnetization of thin films (~ 20 nm) for various transitions metals (TM) - rare earths (RE) alloys. My studies have been performed by using two experimental techniques which are sensitive to the magnetization and which are time resolved: tr-XMCD and tr-MCDAD. These two experimental techniques also show chemical selectivity allowing to distinguish the TM and RE dynamics. They are both based on pump-probe experiments which were used at the SOLEIL and BESSY II synchrotrons.

Un des objectifs du Femtomagnetisme est de contrôler l’aimantation des matériaux avec des impulsions laser femtoseconde. Il a été démontré qu’une réponse magnéto-optique (MO) cohérente a lieu avant la thermalisation des populations de spins dans une configuration pompe-sonde MOKE. Elle résulte du couplage cohérent spin-photon dû à l’interaction spin-orbite. Une description simplifiée de cet effet a été faite en tenant compte d’un système à huit niveaux couplés au champ laser. La cohérence MO est définie par le temps de déphasage dépendent du champ T2MO. Dans ce travail, il est montré que la réponse MO cohérente d’un grenat dopé au bismuth peut être mesurée directement avec différentes configurations de mélange à quatre ondes MO. L’importance de connaître la phase spectrale de l’impulsion pour obtenir T2MO a été étudié. Avec des impulsions de 10fs dans le proche infra-rouge, une mesure de T2MO donne (2.8+/-1)fs, c. à d., du même ordre de grandeur que le temps de déphasage des charges. / One of the goals of Femtomagnetism is to manipulate the magnetization of materials using femtosecond optical pulses. It has been shown in ferromagnetic films that a magneto-optical (MO) coherent response takes place before the thermalization of the spins populations in a pump and probe MOKE experiment. It results from the coherent spin-photon coupling mediated by the spin-orbit interaction. A simplified description of this effect has been made by considering an eight-level system coupled with the laser field. The MO coherence can be defined by the magnetic field dependent dephasing time T2MO. In the present work, it is shown that the coherent MO response of a bismuth-doped garnet can be directly measured in different degenerated MO four-wave mixing configurations. The importance of well-knowing the spectral phase of the pulse to measure T2MO was studied. Using 10fs near infra-red pulses, T2MO was shown to be (2.8+/-1)fs that is of the same order of the charges dephasing time.