Dans cette thèse intitulé "Dynamique quantique de la phase et de la charge dans des chaînes des jonctionsJosephson", une étude expérimentale et une description théorique des effets quantiques des phases et descharges dans les chaînes de jonctions Josephson est présenté.La dynamique des chaînes de jonctions est dominé par deux échelles d'energie: l'energie Josephsonrelié a la superposition des fonctions d'ondes de deux électrodes et l'energie de charge relié a l'énergieélectrostatique des charges sur les deux électrodes. La réalisation d'un état quasi-classique de la chargenécessite une énergie de charge importante pour diminuer lesfluctuation quantique de la charge. En plus,le temps de relaxations de la jonctions dois être augmenté par un environnement a haute impédance.Un état de charges localisé a été réalisé sur une jonctions Josephson dans un environnement inductiveréalisé par une chaîne de jonction Josephson. L'état de charge localisé se manifeste par l'apparition d'undomaine a haute résistances dans les caractéristques courant-tension.Une chaînes des jonctions n'est pas une inductances parfaite. Des résonances electro-magnétique lié a lacapacité vers la masse des îlots supra-conducteurs altèrent la localisation de charge.Une characterisation des effets de pertes et des non-lineartés de ces résonances a été effectué. / In this thesis entitled ' Quantum phase and charge dynamics in Josephson junction chains ' an experimental study and theoretical description of quantum effects of phases and charges in chains of Josephsonjunctions is presented.The dynamics of Josephson junction chains are dominated by two different energy scales: the Josephsonenergy, which is related to the overlap of the superconducting wave functions of the two superconductorsforming the junction and the charging energy that is related to the electrostatic energy of the Cooper-pairs on the islands. The realization of a well-defined charge state on a Josephson junction requires a highcharging energy to suppress the quantumfluctuations of the charge. In addition, the charge relaxationtimes must be increased by inserting the junction in a high impedance environment.We have realized such a well-defined charge state on a Josephson junction in an inductive environmentthat is formed by a Josephson junction chain. The localized charge state manifest itself by the appearanceof a high resistive regime in the current-voltage characteristic.A Josephson junction chain is however not a perfect inductor. Electromagnetic resonances related withthe finite ground capacitance of the superconducting islands influence the charge localization.We have characterized the effect of losses and nonlinearities on the electromagnetic resonances of Josephson junction chains in microwave spectroscopy measurements.

Une jonction SNS composée de deux supraconducteurs (S) séparés par un métal normal (N) est parcourue par un courant non-dissipatif dont l'amplitude dépend de la différence de phase entre les deux supraconducteurs. Les propriétés à l'équilibre de ce système ont été récemment explorées et sont aujourd’hui bien comprises. La dynamique des jonctions SNS est toutefois une question plus complexe : on peut par exemple se demander comment évolue la relation courant-phase avec une polarisation en phase à haute fréquence. Quels sont les temps caractéristiques et les mécanismes qui régissent cette évolution ? Pour sonder les propriétés des états d’Andreev et en particulier leur dynamique, nous avons mesuré la réponse d’un anneau NS polarisé en phase $ \varphi $. La réponse du courant à une excitation en phase à des fréquences $ f $ allant de 200 MHz à 14 Ghz donne accès à la susceptibilité magnétique $ \chi(\varphi,f) $ dont la partie réelle $ \chi' $ renseigne sur la réponse non-dissipative et la partie imaginaire $ \chi'' $ informe sur la dissipation. La susceptibilité est obtenue en mesurant la modification des modes propres d'un résonateur supraconducteur auquel est couplé l'anneau.De manière attendue, $ \chi' $ est simplement la dérivée en phase du supercourant à basse fréquence, révélant ainsi la relation courant-phase. Fait plus surprenant, nous avons observé l'émergence de deux contributions à plus haute fréquence. La première est reliée à la relaxation des populations mises hors-équilibre par l'excitation. Elle est associée à un bruit de supercourant. La seconde contribution correspond à des transitions induites. D'après notre analyse de l'expérience, sa dépendance en phase s'explique en prenant en compte des règles de sélection. Elle devrait également permettre de réaliser la spectroscopie du minigap. Ces résultats montrent que de telles mesures à fréquence finie révèlent des propriétés des jonctions SNS inaccessibles par des expériences de transport standards. / A SNS junction made of two superconducting (S) electrodes separated by a normal (N) metal carries a non-dissipative current whose amplitude depends on the phase difference between the superconductors. The equilibrium properties of this system have been recently explored and are now well understood. The dynamics is still an open question: how does the current-phase relation evolves with a high-frequency phase modulation? What are the mechanisms and characteristic times that govern this evolution?To probe the dynamics of Andreev states, we measured the response of a phase($ \varphi $)-biased NS ring. The current response at frequencies $ f $ ranging from 200 MHz up to 14 GHz yields the magnetic susceptibility $ \chi(\varphi,f) $ whose real part $ \chi' $ gives the the non-dissipative response while the imaginary part $ \chi'' $ reveals the dissipation. Susceptibility is accessed by the modification of a superconducting resonator coupled to the NS ring.As expected, $ \chi' $ is simply the phase derivative of the supercurrent at low frequency, thus revealing the current-phase relation. More strikingly, we observed the emergence of two contributions at high-frequency. The first one is related to the relaxation of populations driven out-of-equilibrium by the excitation. It is associated with supercurrent noise. The second one corresponds to induced transitions. According to our analysis of the experiment, its phase dependence is accounting for by taking into account selection rules. It should also allows to perform the minigap spectroscopy. These results show that such finite frequency measurements reveal properties of SNS junctions that can not be accessed by standard transport experiments.

Les matériaux III-Sb ont prouvé leur potentiel pour la réalisation de composants opto-électroniques dans des domaines aussi variés que les télécommunications ou l'environnement. Cependant, ils restent une filière quasi-inexplorée pour les systèmes photovoltaïques classiques. Dans ce projet de recherche, nous voulons démontrer que les composants à base d'antimoniures sont des candidats prometteurs pour des cellules solaires à haute efficacité et bas coût. Leurs avantages sont multiples : non seulement offrent-ils un large panel d'alliages accordés en maille et des jonctions tunnel à basse résistivité, mais ils permettent aussi une croissance directe sur substrat de Si. Nous étudions donc les briques élémentaires d'une cellule solaire multi-jonction intégrée sur Si. Tout d'abord, nous développons la croissance et fabrication de cellules homo-épitaxiales en GaSb. Les caractéristiques tension-intensité (J-V) mesurées sont proches de l'état de l'art avec une efficacité sous un soleil de 5.9 %. Puis, nous intégrons une cellule à simple jonction GaSb sur un substrat de Si par épitaxie par jet moléculaire (EJM). Les analyses de diffraction X (DRX) et de microscopie à force atomique (AFM) montrent des propriétés de structure et morphologie proches de celles reportées pour des buffers métamorphiques similaires dans la littérature. Nous adaptons alors la configuration de la cellule pour éviter la haute densité de défauts à l'interface GaSb/Si. La cellule hétéro-épitaxiale a une efficacité réduite de 0.6 %. Ce résultat est néanmoins proche des dernières avancées sur les cellules GaSb sur GaAs, et ce, malgré un désaccord de maille plus important. Enfin, nous étudions l'épitaxie d'AlInAsSb. Cet alliage pourrait en théorie atteindre une grande gamme d'énergies de bande interdite tout en restant accordé sur GaSb. Néanmoins, il souffre d'une lacune de miscibilité importante, le rendant sujet à la ségrégation de phase. Il n'y a que peu de mentions de l'AlInAsSb dans la littérature, et toutes rapportent des conditions de croissance instables et des énergies de bande interdite plus basses qu'attendues. Nous réussissons à produire des couches de bonne qualité d'AlInAsSb dont la composition en Al varie de 0.25 à 0.75 et ne présentant aucun signe macroscopique de décomposition de phase. Toutefois, l'observation au microscope à transmission électronique (TEM) révèle des fluctuations de composition nanométriques. Les données de photoluminescence (PL) sont étudiées pour déterminer les propriétés électroniques de l'alliage. Les mesures d'efficacité quantique (QE) montrent que la sous-cellule du haut limite la performance de la cellule tandem. Des modélisations numériques des courbes J-V et QE sont utilisées pour identifier des pistes d'amélioration pour chaque brique élémentaire. / III-Sb materials have demonstrated their potential for multiple opto-electronic devices, with applications stretching from communications to environment. However, they remain an almost unexplored segment for classical photovoltaic systems. In this research, we intend to demonstrate that III-Sb-based devices are promising candidates for high-efficiency, low-cost solar cells. Their benefits are two-fold: not only do they offer a wide range of lattice-matched alloys and low-resistivity tunnel junctions, but they also enable direct growth on Si substrates. We thus investigate the building blocks of a GaSb-based multi-junction solar cell integrated onto Si. First, we develop the photovoltaic growth and processing by fabricating homo-epitaxial GaSb cells. Intensity-voltage (J-V) measurements approach the state of the art with 1-sun efficiency of 5.9%. Then, we integrate a GaSb single-junction cell on a Si substrate by molecular beam epitaxy (MBE). X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM) analysis show structural and morphological properties close to the best reported in the literature for similar metamorphic buffers. We further adapt the cell configuration to circumvent the high defect density at the GaSb/Si interface. The heteroepitaxial cell results in a reduced efficiency of 0.6%. Nevertheless, this performance is close the most recent advancements on GaSb heteroepitaxial cells on GaAs, despite a much larger mismatch. Last, we investigate the epitaxy of AlInAsSb. This alloy could in theory reach the widest range of bandgap energies while being lattice-matched to GaSb. However, it presents a large miscibility gap, making it vulnerable to phase segregation. AlInAsSb only counts few experimental reports in the literature, all referring to unoptimized growth conditions and abnormally low bandgap energies. We successfully grow good-quality layers with Al composition x_{Al} ranging from 0.25 to 0.75, showing no macroscopic sign of decomposition. Yet, transmission electron microscopy (TEM) observations point to nanometric fluctuations of the quaternary composition. Photoluminescence (PL) data is studied to determine the alloy's electronic properties. We eventually propose and fabricate a tandem cell structure, resulting in 5.2% efficiency. Quantum Efficiency (QE) measurements reveal that the top subcell is limiting the tandem performance. Numerical fits to both J-V and QE data indicate improvement paths for each building block.

L'endothelium vasculaire constitue la principale barrière entre le sang et les tissus régulant le passage de macromolécules et de cellules circulantes. Longtemps considéré comme une monocouche passive, l'endothélium joue d'importants rôles dans la régulation de la pression sanguine, de l'hémostase, des réponses immunitaires et inflammatoires. L'adhérence cellule/cellule est initiée dans l'endothélium vasculaire par des interactions homophiliques entre molécules de VE-cadhérine (= jonctions adhérentes). La dynamique de la jonction et du cytosquelette est importante pour le remodelage des jonctions intercellulaires qui a lieu au cours l'angiogenèse, de la vasculogenèse et lors de la réparation de l'endothélium. C'est pourquoi la détermination des mécanismes moléculaires sous-jacents est indispensable à la comprehension de phénomènes physiopathologiques (angiogenèse et progression tumorales, inflammation...). D'après la littérature, la protéine EPLIN intervient dans la formation du complexe E-cadhérine/alpha-caténine/EPLIN et stabilise l'actine corticale. Actuellement décrite comme spécifique des modèles épithéliaux, EPLIN peut-elle intervenir dans la liaison du complexe à base de VE-cadhérine au cytosquelette d'actine? De plus, il paraît essentiel de comprendre le rôle de cette protéine dans les cellules car son expression est fortement diminuée dans la plupart des cancers alors qu'à l'inverse sa surexpression bloque la prolifération cellulaire. / The endothelium forms the main barrier regulating the passage of macromolecules and circulating cells between the blood and tissue. Historically viewed as a passive vascular lining, vascular endothelium plays important roles in the regulation of vascular pressure, hemostasis, immune and inflammatory responses. In vascular endothelium, cell/cell adhesion is mediated by homophilic interactions of VE-cadherin molecules (= adherens junctions). Cytoskeleton and junction dynamics are important for intercellular junctions remodelling that occurs during angiogenesis, vasculogenesis and endothelium repair. So, determining the underlying molecular mechanisms is essential for the comprehension of pathologic phenomena such as angiogenesis, tumor progression or inflammation. We learn from the literature that EPLIN is involved in E-cadherin/α-catenin/EPLIN complex formation and cortical actin stabilization. Usually described as a protein specific of epithelial models, we wondered if EPLIN is able to link VE-cadherin complex to actin cytoskeleton. Furthermore, it seems essential to understand its cellular role since it is downregulated in many cancers while in contrast its overexpression blocks cell proliferation.

L'optique non linéaire sur silicium a pris son essor en raison des nombreuses perspectives d'applications à l'optoélectronique en circuit intégré. Pour observer des effets non-linéaires sans travailler à des puissances trop élevées, il faut utiliser des résonateurs à très haut facteur de confinement optiques (Q/V). Les microcavités à cristal photonique bidimensionnel sont une technologie mature et planaire pour réaliser de tels résonateurs sur silicium. Au cours de cette thèse, nous avons travaillé sur une application des microcavités à cristal photonique à la détection télécom. Le silicium est en effet transparent dans cette plage de longueurs d'onde, sauf si on atteint des densités de puissance élevées, auquel cas l'absorption à deux photons intervient. Le principe du détecteur repose sur l'exaltation de absorption à deux photons grâce à la microcavité en cristal photonique. La collection des porteurs ainsi générés est assurée par une jonction latérale métal-semiconducteur-métal (MSM). Nous avons d'abord étudié numériquement la viabilité du concept du détecteur sous deux aspects : collection des porteurs libres à travers le cristal photonique et influence des métallisations sur le facteur de qualité. Les modèles standards pour le courant d'obscurité et le photocourant dans les photodétecteurs MSM ont été étendus pour tenir compte du cristal photonique. La fabrication d'une jonction MSM dans le cristal photonique a fait l’objet d’un travail approfondi en salle blanche de l’IEF. La mesure du courant circulant dans le dispositif a permis de mettre en évidence un photocourant résonnant. On retiendra que la réponse peut alors atteindre 90 mA/W et que la bande-passante est supérieure au GHz. Outre la démonstration du détecteur en elle-même, des résultats originaux ont été obtenus. Nous avons montré qu'il est possible de contrôler les densités de porteurs dans les microcavités à cristal photonique en jouant sur la polarisation externe. Enfin, le détecteur est un moyen de mesurer certaines grandeurs essentielles de la physique des microcavités sur silicium, comme l’absorption linéaire résiduelle ou la résistance thermique de la cavité. / Silicon non linear optics is of considerable interest to the scientific community because of its applications to integrated optoelectronics. In order to observe non linear phenomena at a reasonable power, one has to work with very high confinement factor (Q/V) optical resonators. As they are now a fully mastered planar technology, two-dimensional photonic crystal microcavities are an efficient way of actually obtaining such resonators in silicon. In this thesis, an application of photonic crystal microcavities to telecom wavelength detection is demonstrated. Bulk silicon is transparent at these wavelengths, except when working at very high power density. Only then, two-photon absorption (TPA) becomes significant. In our detector, TPA is enhanced in the microcavity. A metal-semiconductor-metal (MSM) junction then ensures very fast carrier collection. We studied the physics of the detector and focused on two aspects: collection of carrier in a photonic crystal, and impact of the metal on the optical quality factor. Standard models for dark current and photocurrent in MSM junctions were adapted to the photonic crystal case study. Fabrication of the photonic crystal junction was carefully undertaken and optimized in the clean room of the IEF laboratory. The current circulating in the fabricated device resonates as the same wavelength as the optical cavity. Response can be as high as 90 mA/W, and the optical-electrical bandwidth is larger than 1 GHz. In addition to the demonstration of the detector, some original results were obtained. It is possible to control the carrier concentration in photonic crystal microcavities by tuning the external polarisation of the MSM junction. Finally, the detector allows one to measure important parameters of the physics of the cavity, such as the residual linear absorption coefficient, and the thermal resistance.

Par leur fréquence d'horloge pouvant atteindre plusieurs dizaines de GHz et leur très faible dissipation, les circuits numériques supraconducteurs, fondés sur la logique à quantum de flux (RSFQ: Rapid Single-Flux Quantum), sont envisagés pour diverses applications spécifiques du fait de leurs performances exceptionnelles, très au delà de celles des filières électroniques classiques. Ces circuits RSFQ traitent l'information numérique sous forme d'impulsions de tension picoseconde avec une aire quantifiée de 2,07mV.ps, correspondant à un quantum de flux h/2e. L'électronique numérique supraconductrice ouvre ainsi la voie de l'électronique ultra-rapide en associant une large bande passante à une très faible dissipation.<br /><br />L'objectif de ce travail est d'étudier les interfaces optoélectroniques permettant de détecter et échantillonner les impulsions quantifiées résultant de la commutation des jonctions Josephson shuntées qui composent les circuits RSFQ. Nous avons développé une approche théorique et expérimentale de la sensibilité des photocommutateurs destinés à la détection d'impulsions RSFQ. Nous avons utilisé des photocommutateurs MSM (Métal-Semiconducteur-Métal) rapides de structure planaire à base d'Arséniure de Gallium épitaxié à basse température (AsGa-BT). Les caractéristiques physiques du matériau semi-conducteur telles que la résistance d'obscurité, la mobilité des porteurs libres et la durée de vie sont les paramètres clé pour obtenir des impulsions ultracourtes. La bonne résolution temporelle est donc assurée par les propriétés physiques du matériau. Un modèle basé sur un circuit hyperfréquence équivalent, a permis de prédire le comportement hyperfréquence du photocommutateur, éclairé ou non éclairé, lors du passage d'une impulsion RSFQ. De plus, ce modèle permet d'étudier l'influence des paramètres géométriques du photocommutateur sur la sensibilité de ce dernier. Nous avons déduit que le photocommutateur à gap à base d'AsGa-BT est bien adapté pour la détection des signaux subpicosecondes de faible amplitude.

Ce travail présente tout d'abord l'étude, à l'échelle de la molécule individuelle, de l'intermédiaire<br />de recombinaison formé par l'échange de simples brins entre deux molécules d'ADN homologues : la<br />jonction de Holliday.<br />Nous montrons tout d'abord qu'il est possible, à partir d'un ADN portant une séquence entièrement<br />palindromique, de former une jonction de Holliday en appliquant une torsion négative. Une fois<br />la jonction formée, la torsion permet également de contrôler de façon directe l'échange des simples brins.<br />Cette technique nous a permis d'accéder expérimentalement, avec une très bonne précision, à la valeur<br />en solution du pas hélicoïdal de l'ADN : 3.61 ± 0.03 nm/tr.<br />Ensuite nous avons étudié, en présence d'ions magnésium, la cinétique de migration de la jonction<br />de Holliday sous l'influence des contraintes mécaniques. Une modélisation simple du comportement<br />de la jonction de Holliday vis-à-vis des contraintes mécaniques a été développée permettant d'expliquer<br />leur influence sur le mécanisme de migration.<br />L'échange des simples brins peut également être catalysé par certaines enzymes. Le travail<br />mécanique développé au cours de cette activité catalytique fait de ces enzymes des moteurs moléculaires.<br />La seconde partie de ce travail porte sur l'étude en molécule unique d'un tel moteur : le complexe RuvAB<br />de la bactérie Escherichia coli.<br />Nous avons tout d'abord caractérisé la migration de jonctions de Holliday individuelles sous<br />l'action du complexe RuvAB. Nous avons notamment montré la très grande processivité du complexe et<br />nous avons pu estimer la vitesse de migration à 37◦C et en présence d'1 mM d'ATP : ∼ 43 paires de<br />bases échangées par seconde.<br />D'autre part, et pour finir, nous avons mis en évidence le rôle catalytique de la sous-unité RuvA<br />dans l'échange des paires de bases au niveau du point de branchement.

Une Jonction Tunnel Magnétique (JTM) est composée de deux couches minces métalliques ferromagnétiques (cobalt, fer, nickel) séparées par une barrière isolante ultramince (alumine) dans sa forme la plus simple. Cette structure a évolué depuis la première Magnéto Résistance Tunnel (MRT) à température ambiante en 1995. Actuellement, les jonctions tunnel magnétiques sont utilisées par la nouvelle génération de mémoires vives magnétiques (MRAM) et par les têtes de lecture des disques durs.<br /> Cette étude présente l'élaboration de jonctions Co/Al2O3/Co/Ni80Fe20 par pulvérisation ionique. On veut ainsi démontrer la potentialité de cette technique de dépôt, qui est peu utilisée dans ce domaine. La mesure de la Magnéto Résistance Tunnel a été effectuée selon deux méthodes. La première méthode a nécessité le développement d'un procédé de structuration réalisé en salle blanche, afin d'élaborer les contacts électriques nécessaires à la mesure. La deuxième méthode repose sur la technique appelée CIPT (Current In Plane Tunneling). Cette deuxième technique présente l'avantage de ne nécessiter aucune structure particulière. Les résultats obtenus ont conduit à des simulations de pulvérisation ionique, effectuées à l'aide du logiciel SRIM 2003. Elles permettront à terme d'optimiser les conditions d'élaboration des films minces.

Le sujet de recherche de ce mémoire de thèse est consacré à la modélisation d'une étape particulière des procédés de fabrication mis en oeuvre en microélectronique : la diffusion des dopants. Le premier volet de ce travail est dédié à la compréhension et la réadaptation des modèles classiques de diffusion. En effet, ceux-ci atteignent actuellement leurs limites en raison de la mauvaise description au cours des recuits de l'évolution des défauts créés par l'implantation ionique. La seconde partie de ce travail a donc été de comprendre le rôle des défauts étendus (petits amas, défauts \(113\), boucles de dislocation) dans la diffusion accélérée et transitoire du bore. Ces travaux ont consisté à modéliser la croissance compétitive de type maturation d'Ostwald que se livrent ces agglomérats au cours du recuit et à le coupler à la diffusion du dopant. De plus, on a pu observer lors d'implantations à forte dose, la formation d'agglomérats de bore engendrant une immobilisation et une inactivation du dopant. Pour intégrer la formation de ces agglomérats, nous avons considéré la formation d'amas mixte de bore et d'interstitiels de type BnIm. A partir de récents calculs ab-initio tirés de la littérature, nous avons pu extraire les énergies de formation ainsi que les différents états de charges de ces amas mixtes de bore et d'interstitiels. Ce dernier modèle, couplé aux deux autres, a été validé à partir de divers résultats expérimentaux.

La protéine TRF2 est une protéine clé dans la dynamique des télomères, ces structures nucléoprotéiques présentes à l'extrémité des chromosomes linéaires et responsables de leur protection. Bien que la manière dont les télomères s'organisent pour protéger l'ADN soit encore méconnue, il a été montré récemment que TRF2 est à l'origine de la formation d'une structure en boucle, ou boucle télomérique qui empêcherait les extrémités télomériques d'être reconnus comme des coupures double brin. Un modèle propose que TRF2 permette la formation de cette boucle en induisant l'invasion du simple brin télomérique terminal à l'intérieur de la séquence double brin après repliement du télomère sur lui même. Les études réalisées lors de cette thèse montrent que TRF2 est en mesure de stimuler l'invasion télomérique de manière indirecte facilitant l'ouverture de la double hélice grâce à des modifications d'ordre topologique de l'ADN cible. Par ailleurs, les travaux réalisés mettent également en évidence un second mode de fixation à l'ADN de TRF2, par l'intermédiaire de son domaine N-terminal qui possède une affinité remarquable pour la structure des jonctions de Holliday. La dernière partie de cette thèse met en évidence l'activité 5' exonucléase d'une nouvelle protéine télomérique, la protéine Apollon, qui serait impliquée dans la protection des télomères. Tous ces résultats participent à une meilleure compréhension du fonctionnement de TRF2 sur les télomères et en particulier de son rôle dans la formation de la boucle télomérique.