Ce travail porte sur la simulation numérique des structures magnétiques dans les matériaux ferromagnétiques. Nous nous sommes intéressés au mouvement de parois et de lignes de Bloch en utilisant une approche bidimensionnelle. Le problème initial, équations de Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG), est tridimensionnel. Il fallait donc simplifier le problème et le formuler en dimension deux avant de faire la simulation. Dans un premier temps, nous avons résolu numériquement le modèle simplifié des équations de (LLG) donné par Slonczewski. Nous avons calculé le champ démagnétisant dans le cas d'une paroi sans structure. Des études locales des ingularités du champ au niveau de la paroi ont été menées. Une formule de quadrature pour approcher le champ est aussi proposée. L'étude est ensuite généralisée au cas d'une paroi avec structure. La discrétisation du modèle de Slonczewski nous a conduit à étudier entre autres l'évolution d'une courbe sous l'influence de sa courbure. Un schéma semi-implicite est proposé et une méthode d'approximation de la courbure pour une courbe définie par un nombre fini de points est détaillée et analysée. Nous avons également développé un algorithme pour la résolution d'une équation aux dérivées partielles posée sur une courbe en mouvement. Dans un second temps, nous avons proposé un nouveau modèle simplifié des équations de (LLG). Il est donné par deux équations couplant la vitesse normale d'une courbe (centre de la paroi) et l'angle azimutal. Contrairement à Slonczewski, nous avons tenu compte des interactions entre lignes de Bloch. Nous avons terminé l'exposé par la validation des différentes discrétisations et approximations, des résultats de la physique sont obtenus: domaines en labyrinthes, translation d'une bulle, annihilation de deux lignes déroulantes, déplacement de deux lignes enroulantes. La différence entre les deux modèles est aussi dégagée

L'idée que nous avons développé dans ce travail est de faire usage d'une commande électrique unique pour modifier à la fois les propriétés diélectrique et magnétique de nanomatériaux contenus dans le dispositif hyperfréquence. Pour cela, nous cherchons à exploiter le concept de propriété produit, dont un exemple est donné par l'effet magnétoélectrique (ME). Si l'on considère un mélange de deux phases condensées en contact, la première étant magnétostrictive et la seconde piézoélectrique, alors l'application d'un champ magnétique externe sur la phase magnétostrictive génère un champ de contrainte mécanique locale activant la piézoélectricité et ainsi fait apparaître un gradient de potentiel. En d'autres termes, la magnétoélectricité conduit à une variation de la permittivité par l'application d'un champ magnétique externe, et par commutativité, à une dépendance de la perméabilité magnétique sous l'action d'un gradient de potentiel. Les nanostructures granulaires présentent de nombreux avantages par rapport aux céramiques, aux couches minces et aux matériaux monophasés. La faible conductivité, l'absence d'interdiffusion et de réactions chimiques parasites dues au frittage, l'absence de substrat, la conservation de l'échelle nanométrique, la facilité et le faible coût du protocole d'élaboration de ces NCs en font des matériaux de choix pour la réalisation d'un effet ME en vue de proposer des dispositifs hyperfréquences originaux. Le fait saillant de ce travail a été de mettre en évidence un couplage magnétoélectrique (ME) dans des nanocomposites (NCs) granulaires biphasiques dans le domaine micro-onde à température ambiante. L'usage de la résonance ferromagnétique (RFM-LMB) sur une large gamme de fréquences (6-28 GHz) et de spectroscopie micro-onde (100 MHz-6 GHz) combiné à une étude du transport électronique et à l'utilisation de plusieurs sondes morphologiques nous a permis de corréler les propriétés dynamiques de l'aimantation, les paramètres électromagnétiques des matériaux, et les informations microstructurales au coefficient ME.

L'objectif de ce travail de thèse est de comprendre l'influence mutuelle entre le transport électronique et la dynamique de l'aimantation dans des nanostructures hybrides magnétiques métalliques. Dans une première partie on a développé un modèle théorique, basé sur la théorie des matrices aléatories, pour décrire au niveau microscopique le transport dépendent du spin dans une nanostructure hétérogène. Ce modèle, appélé CRMT (pour Continuous Random Matrix Theory) a ensuite été traduit dans un code de simulation qui permet de calculer les proprietés locales (couple de transfert de spin, accumulation de spin et courant de spin) et macroscopiques (résistance) du transport dans des conducteurs ohmiques. Le modèle a été validé en le comparant avec une théorie du transport quantique basée sur le calcul des fonctions de Green hors équilibre. Le couplage des ce deux modèles a permis d'effectuer une description multi­échelle du transport dans des nanostructures métalliques hybrides, où les parties ohmiques sont décrites par CRMT et les parties purement quantiques par le formalisme des fonctions de Green. CRMT a ensuite été incorporé dans un code de simulation micromagnétique, pour décrire de façon réaliste la texture spatiale de la dynamique de l'aimantation induite par le transfert de spin. L'originalité de cette approche réside dans la modélisation des mesures spectroscopiques utilisant une détection mécanique de la résonance ferromagnétique, conduites sur des oscillateurs à transport de spin. Ce travail a permis d'obtenir le diagramme de phase dynamique de l'aimantation, ainsi que les règles de sélection des ondes de spin et la compétition entre les modes propres du systeme lors du passage d'un courant continu à travers la multicouche, en accord partiel avec les données experimentales

Dans ce mémoire, nous présentons les fondements, la construction et les premiers résultats d'une nouvelle expérience qui a débuté avec ce travail de thèse. Nous démontrons la production d'un condensat de Bose-Einstein de sodium confiné dans un piège optique fortement focalisé. Nous exposons des résultats originaux sur l'état fondamental et les excitations d'un condensat dans un piège gaussien avec un unique état lié, et nous montrons comment tirer parti des interactions entre états de spin pour la génération d'états quantiques fortement corrélés. L'optimisation de l'efficacité de la somme de fréquence en cavité doublement résonnante est ensuite étudiée et mise à profit pour la réalisation d'un laser solide pour le refroidissement du sodium. A partir de deux sources laser infrarouges commerciales, jusqu'à 800 mW de lumière à 589 nm sont produits, avec une efficacité de conversion quasi-totale. Ce laser est employé pour former un piège magnéto-optique, chargé grâce à la désorption atomique induite par la lumière. Après le chargement, la pression dans l'enceinte à vide redescend à sa valeur de base en moins de 100 ms. L'optimisation du transfert des atomes dans un piège dipolaire croisé est présentée. La conception et l'utilisation d'un objectif de microscope de grande ouverture numérique sont exposées, permettant la réalisation d'un piège dipolaire fortement focalisé, dans lequel le condensat se forme après une phase de refroidissement par évaporation. Celle-ci est caractérisée et comparée à un modèle numérique.

L'état supraconducteur étant un condensat de paires de Cooper constitué d'électrons de moments et de spins opposés, il peut être fortement influencé par des effets de spin. Au cours de cette thèse, nous étudions l'effet d'un fort champ d'échange et d'un effet spin-orbite de type Rashba sur les propriétés supraconductrices. Dans une première partie, on étudie les effets associés à l'interaction entre supraconductivité et fort champ d'échange, se caractérisant par une transition de phase vers un état supraconducteur inhomogène découvert par Fulde, Ferrell, Larkin et Ovchinnikov (FFLO). On étudie tout particulièrement les fluctuations supraconductrices à l'approche de la transition de phase. On montre que ces fluctuations peuvent servir de révélateur à cette phase. Notamment, la capacité calorifique et la paraconductivité divergent de façon caractéristique à la transition vers un état modulé. On décrit également comment les effets paramagnétiques modifient les fluctuations de l'aimantation, annulant la réponse diamagnétique ou produisant des oscillations entre réponse para- et dia-magnétique. La seconde partie est dévolue aux jonctions supraconducteur-ferromagnétique (S/F). Dans les jonctions Josephson S/F/S, le champ d'échange donne lieu à des oscillations du courant critique en fonction de la longueur de la jonction, charactérisées par une alternance des états 0 et π. On prédit une transition entre les états 0 et π induite par la température, même dans la limite ballistique. Dans cette limite ballistique, on montre également que le courant de Josephson s'atténu sous la forme de lois de puissance en fonction de la longueur de la jonction, alors que le cas diffusif présente une atténuation exponentielle. On étudie ensuite la seconde harmonique de la relation courant-phase en présence d'une faible quantité d'impuretés. La dernière partie traite des effets de proximité lorsque les deux effets paramagnétique et spin-orbite sont présents dans une jonction Josephson. On montre que l'association d'une interaction Rashba et d'un champ d'échange induit un couplage direct entre les ordres magnétique et supraconducteur. En particulier, ce couplage permet de générer toute la dynamique magnétique par l'application d'une simple tension électrique.

Les nouveaux dispositifs de l'électronique de spin nécessitent une meilleure compréhension du comportement hyperfréquence de l'aimantation. Ce travail est consacré au développement de la mesure de la résonance ferromagnétique à l'aide d'un analyseur de réseau vectoriel (VNA-FMR), pour caractériser la dynamique de l'aimantation. Bien que prometteuse, la méthode VNA-FMR n'est apparue que récemment et sa standardisation n'est pas encore accomplie. Nous avons établi l'analyse de données appropriée pour une géométrie en transmission d'ondes, où une analyse rigoureuse est possible. Nous avons comparé cette méthode à plusieurs méthodes simplificatrices, notamment l'utilisation d'un circuit ouvert à l'extrémité du guide d'ondes, permettant un dispositif expérimental plus compact. Nous avons étudié plusieurs types de couches minces. Des multicouches Fe/Au ont subi deux traitements de bombardement ionique pour modifier leurs propriétés. En combinaison avec des mesures structurales, les mesures de VNA-FMR ont prouvé clairement les améliorations induites par l'irradiation des couches magnétiques. Nous avons également étudié le phénomène de l'anisotropie d'échange sur des échantillons IrMn/NiFe et IrMn/CoFeB. En utilisant la méthode VNA-FMR, nous avons pu déduire le champ de l'anisotropie d'échange agissant sur l'aimantation pour chaque point du cycle d'hystérésis, démontrant ainsi sa dépendance vis-à-vis de l'histoire du champ magnétique. Enfin, nous avons étudié des alliages de CoFeB, en s'intéressant particulièrement au paramètre d'amortissement et à la raideur d'échange. On a montré que la recristallisation due au recuit thermique provoque une augmentation de l'amortissement.

Cette étude a pour objectif de montrer la pertinence de l'utilisation de la résonance ferromagnétique dans l'étude du magnétisme des nanoparticules. Les recherches en nanomagnétisme présentent des enjeux fondamentaux et appliqués fortement liés nécessitant une étude minutieuse des nouvelles propriétés qu'offrent les nanomatériaux. C'est le cas des alliages bimétalliques à base de fer lorsqu'ils se présentent en dimension réduite. Parmi les moyens disponibles pour révéler les propriétés magnétiques de nanoparticules, la résonance ferromagnétique, lorsqu'elle est mesurée en fonction de la température, présente l'avantage d'être sensible à la fois à la distribution en taille, à l'anisotropie magnétique et à l'aimantation des nanoparticules. Parallèlement, des études structurales, s'appuyant sur l'absorption et la diffraction des rayons X ainsi que la diffraction électronique, ont été menées afin de déterminer leurs compositions chimique et cristalline en fonction de la température. L'utilisation conjuguée de ces techniques a permis de mettre clairement en évidence l'apparition au sein des nanoparticules d'un couplage d'échange entre un coeur bimétallique à très forte anisotropie magnétocristalline, et une coquille formée d'un oxyde de fer magnétique à température de Curie élevée.

L'introduction du semiconducteur ferromagnétique (Ga,Mn)As dans des hétérostructures semiconductrices ouvre la possibilité d'exploiter de nouveaux phénomènes de transport dépendant du spin. Dans des jonctions tunnel composées d'électrodes de (Ga,Mn)As, nous avons étudié l'influence de la hauteur et de l'épaisseur d'une barrière d'(In,Ga)As, ainsi que l'influence du recuit sur la magnétorésistance tunnel (TMR). Nous nous sommes également intéressés à de nouveaux effets d'anisotropie de résistance tunnel liés au fort couplage spin orbite des trous dans (Ga,Mn)As (TAMR). Une interprétation générale de ces 2 phénomènes a été donnée dans le cadre de l'approche du transfert de matrices adaptée à la théorie k.p. L'utilisation d'un puits quantique de GaAs pour sonder la TAMR a permis de mettre en évidence l'influence des différentes sous-bandes de (Ga,Mn)As sur le transport polarisé en spin. Enfin, nous avons démontré la possibilité de manipuler l'aimantation d'une fine couche de (Ga,Mn)As par injection d'un courant polarisé en spin.

Les jeux de barres, canalisations électriques préfabriquées et plus généralement toutes les interconnexions sont indispensables à l'architecture de la filière électrique. Ces connectiques que l'on souhaiterait ‘transparentes' sont néanmoins le ‘parent pauvre' de l'optimisation car elles sont le lieu de pertes par effet Joule souvent largement supérieures au minimum théorique, du fait de répartitions de courant non-uniformes dans leurs sections.<br />Afin de prendre en compte ce phénomène dès la conception (au travers d'un outil logiciel dédié), on introduit une méthode de modélisation adaptée. Alors que les méthodes éléments finis sont adaptées aux organes de conversion électromécaniques, les connexions sont plus naturellement modélisées par la méthode PEEC (Partial Element Equivalent Circuit).<br />Couplée à des optimiseurs, cette méthode se révèle très efficace pour améliorer le design des conducteurs, tant sur l'agencement des barres pour lutter contre les effets de proximité que, comme on le montre ici, sur la forme des sections pour minimiser l'effet de peau par couplage à des algorithmes génétiques. Les outils développés donnent alors accès à une marge de gain importante jusqu'ici peu explorée. Afin de s'adapter aux dispositifs étudiés, dont une partie est entourée d'enveloppes métalliques, une extension de la méthode (baptisée ‘µPEEC') prenant en compte l'aimantation des tôles ferromagnétiques est proposée.<br />Pour l'épineux problème du choix de fonction objectif, l'analyse du cycle de vie et la recherche du moindre impact environnemental peuvent orienter l'arbitrage entre coût matière et pertes Joule consenties. Une extrapolation des gains accessibles est proposée.

Dans cette thèse, on analyse la possibilité de changer un courant de charge dans des jonctions supraconductrices par une manipulation des propriétés de spin en utilisant la résonance magnétique. On considère deux jonctions différentes: Premièrement, une jonction Josephson non-conventionnelle entre un supraconducteur conventionel de type s et un supraconducteur non-conventionel de type px. Deuxièmement, une jonction entre un demi-métal et un supraconducteur conventionel. La jonction spx contient deux états liés d'Andreev qui sont 2pi-periodiques. Ils donnent lieu à une aimentation spontanée à l'équilibre. Ceci ouvre la possibilité de manipuler l'occupation des niveaux d'Andreev en utilisant un champ magnétique dépendant du temps. On demontre que ce champ induit des oscillations de Rabi cohérentes entre différents états de spin de la jonction. Ces oscillations se manifestent comme des résonances dans la relation courant-phase de la jonction. Pour un champ polarisé circulairement, on trouve une règle de sélection de spin qui autorise des oscillations de Rabi seulement dans un certain interval de phases dans la relation courant-phase permettant une éventuelle détection du spin. De plus, le champ induit des transitions non-cohérentes qui nécessitent la présence d'une quasiparticule dans le continuum d'états. Ces transitions agissent comme processus de recharge et d'ionization pour les niveaux d'Andreev. Pour un champ polarisé circulairement, ces processus induits par le champ ne donnent pas lieu à un mécanisme de relaxation pour les oscillations de Rabi à cause des contraintes en spin et en énergie. Pour un champ polarisé linéairement, il n'y a pas de règle de selection de spin et la largeur des résonances de Rabi dans la relation courant-phase est déterminée par les processus d'ionization induits par le champs. Dans la jonction entre le demi-métal et le supraconducteur conventionel, il n'y a pas de courant pour une aimentation statique, puisque la polarization parfaite en spin du demi-métal interdit les processus de réflexion d'Andreev à l'interface. On demontre que pour une géométrie de point contact, un courant d'Andreev passe, si le demi-métal est soumis à la résonance ferromagnétique. La précession de la direction de l'aimentation dans le demi-métal donne lieu au mécanisme de spin-flip nécessaire. Le courant est forcé par la précession de la direction de l'aimentation qui crée une situation hors équilibre pour les porteurs de charge. De plus, dans un matériau ferromagnétique avec une densité de porteurs minoritaires non-nulle, le courant est réduit et disparaît si les densités majoritaires et minoritaires sont égales. On considère, par ailleurs, une géométrie d'interface étendue, plus réaliste. Pour une jonction ballistique, le courant est augmenté par rapport à la géometrie de point contact, en raison du nombre plus élevé de canaux. De plus, on demontre que le désordre est le plus important dans le matériau ferromagnétique. Le courant d'Andreev à travers la jonction désordonnée est beaucoup plus grand que le courant à travers la jonction ballistique dans la même géométrie. / In this thesis we investigate the possibility to change the charge current in superconducting junctions by manipulating the spin properties using magnetic resonance. We consider two different junctions: First, an unconventional Josephson junction between a conventional s-wave superconductor and an unconventional px-wave superconductor and second a half-metal/conventional superconductor junction. The spx junctions hosts two spin-polarized Andreev bound states, which are 2pi-periodic, giving rise to a spontaneous magnetization in equilibrium. This opens the possibility to manipulate the occupations of the Andreev levels using a time-dependent magnetic field. We show that the field induces coherent Rabi oscillations between different spin states of the junction that appear as resonances in the current-phase relation. For a cicularly polarized magnetic field, we find a spin selection rule, giving Rabi oscillations only in a certain range of superconducting phase differences, which provides a spin detection scheme. In contrary, for a linear polarization, there is no spin constraint on the Rabi oscillations. The field also induces non-coherent transitions including continuum states that act as refill and ionization processes for the Andreev levels. For a circularly polarized field, these field-induced processes do not provide a decay mechanism for Rabi oscillations, due to spin and energy constraints. For a linear polarization, the width of the Rabi resonances in the current-phase relation is determined by the field-induced ionization processes. In the half-metal/conventional superconductor junction no Andreev current may flow for a static magnetization direction, since the perfect spin polarization of the half-metal forbids Andreev reflection processes at the interface. We show that an Andreev current flows, if the half-metal is subject to ferromagnetic resonance. The precessing magnetization direction in the half-metal provides the necessary spin-flip mechanism. The current is driven by the precession of the magnetization direction that creates a non-equilibrium situation for the charge carriers. We also show for a point contact geometry that in a ferromagnet with non-zero minority carrier concentration the current is reduced and vanishes at equal minority and majority carrier concentrations. Additionally, we consider a more realistic, extended interface geometry. For a ballistic junction, the current is enhanced compared to a point contact geometry due to the larger number of transport channels. Furthermore, we show that disorder is most important in the ferromagnet. The Andreev current through the disordered junction is much larger than the current through a ballistic junction in the same geometry.