Dans le cadre de la mesure du moment dipolaire electrique du neutron (nEDM) au Paul Scherrer Institut (Suisse), cette thèse traite du développement d'un nouveau système d'analyse de spin. L'objectif est ici de détecter simultanément les deux composantes de spin de neutrons ultra froids dans le but de diminuer l'erreur statistique sur l'EDM du neutron. Un tel systme a été connu à l'aide de simulations GEANT4-UCN puis testé en tant que partie intégrante de l'appareillage nEDM. En parallèle de ce travail, les données nEDM de 2013 ont été analysées. Finalement, des méthodes de détermination d'observables magnétiques de premier intérêt pour le contrôle des erreurs systématiques sur l'EDM du neutron ont été testées et de possibles améliorations sont proposées.

The aim of the thesis is the identification and characterization of soils with andic properties using the magnetic methods. Investigated soil is located in the Velký Roudný in the Nízký Jeseník mountain. This is the only known area with Andosols on the territory of the Czech Republic. Magnetic measurements will be performed both in the field and in the laboratory, and will be accomplished by geochemical analyses necessary for accurate pedological characterisation. Magnetic data will be interpreted in termagnetická susceptibilita of the geological and environmental conditions. The results will be compared with the properties of the Andosols from the French Massif Central.

In the vicinity of the Žírovice village near Františkovy Lázně in West Bohemia there exists a striking gravimetric isometric negative anomaly. Similar gravimetric anomaly near Mýtina, about 17 km to the SE of Žírovice, was interpreted by Mrlina et al. (2009) as a Quaternary volcanic structure of a maar-diatreme type. It is possible that the Žírovice anomaly and some other similar anomalies in the Cheb Basin may also reflect Tertiary or Quaternary volcanic structures. For this reason we performed a detailed gravimetric and magnetometric survey, followed by geophysical modeling. The presence of a volcanic structure was not confirmed by this work, on the contrary, it was rather excluded. The anomaly was interpreted as a sunken tectonic 3D block/graben.

Increased complexity of novel magnetic materials in the last decade has placed high demands on the manufacturing process as well as on the characterization. One of the possibilities for characterization of magnetic samples is to exploit the magneto-optical effects. The presented work uses the magneto-optical Kerr effect as a major characterization technique to probe the magnetic properties of samples. We have developed a mathematical model describing the effect of the magnetization on the polarized light and present an apparatus capable of measuring the response given by the light-matter interaction. The experimental results show the performance of the apparatus on the various magnetic systems including meta-stable iron layers, Stoner-Wohlfarth particles and magnetic vortices. The scanning vectorial Kerr magnetometer allowed us to probe the vector of magnetization with diffraction limited resolution below 500 nm.

In dieser Arbeit wurde die Ausgangsverbindung der eisenbasierten Supraleiter, LaFeAsO, durch die Synthese und Charakterisierung von poly- und einkristallinen Proben untersucht. Supraleitung kann in den eisenbasierten Supraleitern durch Elektronen- oder Lochdotierung hervorgerufen werden. Die Substitution von Eisen durch Mangan, formal eine Lochdotierung, hat hingegen einen destruktiven Effekt auf die Supraleitung. Dieser ist bei optimal fluordotiertem LaFeAs(O,F) um Größenordnungen stärker ausgeprägt als bei Nd- oder Sm-FeAs(O,F). Indem Lanthan partiell durch das kleinere Yttrium substituiert wurde, konnte gezeigt werden, dass diese unterschiedlich starke Mangantoleranz durch die Unterschiede im Seltenerdmetall-Ionenradius bedingt ist. Weiterhin finden sich Anzeichen, dass die Unterdrückung der Supraleitung durch Mangan mit Elektronenlokalisierung korreliert ist. Das Fehlen von großen dreidimensionalen Einkristallen der SEFeAsO-Verbindungsklasse stellt ein großes Hindernis in der Erforschung der elektronischen Eigenschaften der eisenbasierten Supraleiter dar. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Verfahren der Festkörper-Einkristallzüchtung ein geeignetes Mittel darstellt, um große, facettierte SEFeAsO-Einkristalle mit ausgeprägtem Wachstum in c-Richtung zu erhalten. Mit diesem neu entwickelten Einkristallzüchtungsverfahren konnte ein aktualisiertes Phasendiagramm von La(Fe,Co)AsO erstellt werden. Die Substitution von Eisen durch Cobalt entspricht einer Elektronendotierung und führt zu Supraleitung mit einer maximalen Sprungtemperatur von 12 K. Die Ausgangsverbindung LaFeAsO zeigt bei etwa 156 K einen strukturellen Phasenübergang von einer tetragonalen zu einer orthorhombischen Struktur, weiterhin tritt unterhalb von etwa 138 K eine Spindichtewelle auf. In Einklang mit dem bekannten Phasendiagramm werden mit Cobaltdotierung die beiden Übergänge unterdrückt, mit höheren Cobaltkonzentrationen kommt es zu Supraleitung. Anders als beim bekannten Phasendiagramm kann eine deutliche Aufspaltung zwischen magnetischem und strukturellen Übergang bei kleinen Cobaltkonzentrationen beobachtet werden. Außerdem findet sich eine Region der Koexistenz zwischen Supraleitung und Spindichtewelle. Bisher konnte ein solcher Zustand im SE(Fe,Co)AsO-System nicht beobachtet werden.

L'intégration de matériaux ferromagnétiques dans des hétérostructures semi-conductrices offre aujourd'hui de nouvelles perspectives dans le domaine de l'électronique de spin. Dans ce manuscrit sont présentés les résultats de la croissance par épitaxie par jets moléculaires d' hétérostructures de Mn5Ge3 sur Ge(111). Le Mn5Ge3 est un composé ferromagnétique jusqu'à température ambiante qui a l'avantage de pouvoir s'intégrer directement au Ge, semi-conducteur du groupe IV. S'agissant d'un matériau relativement nouveau, un des efforts majeurs a porté sur la maîtrise de la croissance des couches minces de Mn5Ge3 par la technique d'épitaxie en phase solide (SPE). Un fort accent a été mis sur les caractérisations structurales, la détermination des relations d'épitaxie avec le Ge(111), afin de les relier aux propriétés magnétiques des films. La seconde partie de ce travail a été consacrée à l'étude des processus cinétiques d'incorporation de carbone dans les couches minces de Mn5Ge3. La combinaison des différents moyens de caractérisations structurales et magnétiques a permis d'aboutir à une augmentation notable de la température de Curie tout en conservant une excellente qualité structurale de la couche et de l'interface avec le Ge et une stabilité thermique jusqu'à 850°C. Tous ces résultats indiquent que les couches minces de Mn5Ge3 épitaxiées sur Ge(111) apparaissent comme des candidats à fort potentiel pour l'injection de spin dans les semi-conducteurs du groupe IV.

In dieser Arbeit wurde die Ausgangsverbindung der eisenbasierten Supraleiter, LaFeAsO, durch die Synthese und Charakterisierung von poly- und einkristallinen Proben untersucht. Supraleitung kann in den eisenbasierten Supraleitern durch Elektronen- oder Lochdotierung hervorgerufen werden. Die Substitution von Eisen durch Mangan, formal eine Lochdotierung, hat hingegen einen destruktiven Effekt auf die Supraleitung. Dieser ist bei optimal fluordotiertem LaFeAs(O,F) um Größenordnungen stärker ausgeprägt als bei Nd- oder Sm-FeAs(O,F). Indem Lanthan partiell durch das kleinere Yttrium substituiert wurde, konnte gezeigt werden, dass diese unterschiedlich starke Mangantoleranz durch die Unterschiede im Seltenerdmetall-Ionenradius bedingt ist. Weiterhin finden sich Anzeichen, dass die Unterdrückung der Supraleitung durch Mangan mit Elektronenlokalisierung korreliert ist. Das Fehlen von großen dreidimensionalen Einkristallen der SEFeAsO-Verbindungsklasse stellt ein großes Hindernis in der Erforschung der elektronischen Eigenschaften der eisenbasierten Supraleiter dar. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Verfahren der Festkörper-Einkristallzüchtung ein geeignetes Mittel darstellt, um große, facettierte SEFeAsO-Einkristalle mit ausgeprägtem Wachstum in c-Richtung zu erhalten. Mit diesem neu entwickelten Einkristallzüchtungsverfahren konnte ein aktualisiertes Phasendiagramm von La(Fe,Co)AsO erstellt werden. Die Substitution von Eisen durch Cobalt entspricht einer Elektronendotierung und führt zu Supraleitung mit einer maximalen Sprungtemperatur von 12 K. Die Ausgangsverbindung LaFeAsO zeigt bei etwa 156 K einen strukturellen Phasenübergang von einer tetragonalen zu einer orthorhombischen Struktur, weiterhin tritt unterhalb von etwa 138 K eine Spindichtewelle auf. In Einklang mit dem bekannten Phasendiagramm werden mit Cobaltdotierung die beiden Übergänge unterdrückt, mit höheren Cobaltkonzentrationen kommt es zu Supraleitung. Anders als beim bekannten Phasendiagramm kann eine deutliche Aufspaltung zwischen magnetischem und strukturellen Übergang bei kleinen Cobaltkonzentrationen beobachtet werden. Außerdem findet sich eine Region der Koexistenz zwischen Supraleitung und Spindichtewelle. Bisher konnte ein solcher Zustand im SE(Fe,Co)AsO-System nicht beobachtet werden.

The content of analytical part of this thesis is the study of airborne dust samples collected in places with its higher concentration: by the Prague Ring (D0 motorway) and near the Ostrava's iron-mills. In both places, automobile transportation or industrial production are the primary sources of particulate matter emissions in the air. Received samples of PM1, PM2, PM10 a TSP filters were obtained by a standard air pollution monitoring procedure. This study examines the relationship between the magnetic parameters of the samples, their level of concentration of metals frequently present in emissions from these sources, the total mass of the dust fraction in the samples and the meteorological parameters (for Ostrava samples). The magnetic properties of the filters were investigated by magnetometric analyzes using a vibration sampling magnetometer. The concentrations of the metals were monitored by X-ray fluorescence spectrometer, the weight of parts of dust filtres was measured on laboratory scales.

Iron filled carbon nanotubes (FeCNT) can be described as carbon nanotubes which contain an iron nanowire of several micrometers length and a diameter of approximately 10-100 nm. The carbon shells protect the iron core from oxidation and mechanical damage thus enabling a wide range of applications that require a long-term stability. The magnetic properties of the enclosed nanowire are in part determined by its small size and elongated shape. Magnetic force microscopy (MFM) measurements show that the iron wire exhibits a single domain behavior. Due to the large shape anisotropy it is magnetized along the long wire axis in the remanent state. Two magnetic monopoles of opposing polarity are located at the wire extremities. Depending on the structure and geometry of the individual nanowire, switching fields in the range of 100-400 mT can be found when the external field is applied along the FeCNT’s easy axis. Cantilever magnetometry shows that the switching can be attributed to a thermally assisted magnetization reversal mechanism with the nucleation and propagation of a domain wall. The defined magnetic properties of individual FeCNT combined with their mechanical strength make them ideal candidates for an application as high resolution high stability MFM probes. The fabrication of such probes can be achieved with the help of a micromanipulation setup in a scanning electron microscope. FeCNT MFM probes achieve a sub 25 nm lateral magnetic resolution. MFM measurements with FeCNT MFM probes in external fields show that the magnetization of these probes is exceptionally stable compared to conventional coated MFM probes. This greatly simplifies the data evaluation of such applied field MFM measurements. The emphasis of this work was put on the calibration of FeCNT probes to enable straightforward quantitative MFM measurements. The defined shape of the magnetically active iron nanowire allows an application of a point monopole description. Microscale parallel current carrying lines that produce a defined magnetic field are used as calibration structures to determine the effective magnetic moment of different MFM probes. The line geometry is varied in order to produce multiple magnetic field decay lengths and investigate the influence on the effective probe moment. The results show that while the effective magnetic monopole moment of a conventional MFM probe increases with an increasing sample stray field decay length, the effective moment of a FeCNT MFM probe remains constant. This enables a MFM probe calibration that stays valid for a large variety of magnetic samples. Furthermore, the fitted monopole moment of a FeCNT probe (in the order of 10E-9 Am) is consistent with the moment calculated from the nanowire geometry and the saturation magnetization of iron.

Die Magnetometerprospektion gilt mittlerweile als ein Standardverfahren der archäologischen Prospektion. Nicht selten jedoch werden Messergebnisse (Magnetogramme) dieser schnellen und oft ertragreichen Prospektionsmethode ohne eine notwendige Überprüfung im Labor interpretiert, was zu falschen Bewertungen der Magnetfeldanomalien in archäologischen und geoarchäologischen Kontexten führen kann. Die vorliegende Arbeit versucht diesem Problem entgegen zu treten und widmet sich dem Ziel Interpretationen von Magnetometermessungen zu verbessern und Verfahren weiter zu entwickeln, die zur schnellen und hinreichenden Klärung von Magnetfeldanomalien angewandt werden können. Hierfür werden in mehreren Untersuchungsgebieten magnetometrische und umweltmagnetische Messungen in Kombination mit bodenkundlich-sedimentologischen Kennwerten, ausgewertet. Als Untersuchungsgebiete und Umweltarchive stehen die braunen Plaggenesche am Übergang zwischen dem Unteren Weserbergland und der Dümmer-Geestniederung sowie die semiterrestrischen Sedimente des Karlsgrabens (Fossa Carolina) am Übergang zwischen dem fränkischen Keuper-Lias-Land und der fränkischen Alb im Fokus. Magnetometrisch prospektiert wird mit einem, sehr oft bei archäologischen Prospektionen eingesetzten, Vektor-Gradiometer (Bartington Grad601 dual). Als geophysikalische Leitgröße zur Identifizierung und ersten Charakterisierung magnetisch-auffälliger und Magnetfeldanomalien-erzeugender Bodenhorizonte und Sedimentschichten in betrachteten Umweltarchiven wird die magnetische Suszeptibilität herangezogen. Anhand der Curie-Temperatur-Messungen und Domänenstatusermittlungen werden die umweltmagnetischen Minerale und deren Korngrößen in magnetisch auffälligen Lagen und Horizonten charakterisiert. Ergebnisse aus der Kombination umweltmagnetischer Messungen mit Bodenkennwerten an brauen Plaggeneschen weisen darauf hin, dass die in den Plaggenauflagen detektierten, ferrimagnetischen Eisensulfide PSD-Greigite anthropogen induziert sein müssen. Außerdem deutet sich an, dass diese Greigite vom Sicker- und Grundwasser verändert und gegebenenfalls mobilisiert werden können. Ein Vergleich mit Greigiten aus der Literatur zeigt, dass die Plaggenesch-PSD-Greigite in einem Domänenstatus vorliegen, in dem bislang noch keine natürlichen Greigite gemessen wurden. Dieser Domänenstatus wird als ein Oxidationsstadium des ferrimagnetischen Eisensulfids zur Diskussion gestellt. In den Grabenverfüllungen bzw. Paläokanälen des Karlsgrabens wurden in Magnetfeldanomalien-erzeugenden Lagen authigene SD-Greigite nachgewiesen und damit die Annahme von Stanjek et al. (1994) bestätigt, dass die Greigite für die Magnetometerprospektion in semiterrestrischen Umgebungen von Bedeutung sein können. In flankierende Begleitstrukturen des Karlsgrabens wurden hingegen hocherhitzte, thermoremanente PSD-Titanomagnetite als Magnetfeldanomalien-Erzeuger ermittelt. Ihre Entstehung bleibt ungeklärt, jedoch wird eine natürliche Bildung dieser Magnetominerale vor Ort ausgeschlossen. Im Hinblick auf das Ziel der vorliegenden Arbeit hat sich die methodische Vorgehensweise am Karlsgraben als besonders effiziente und relativ kostengünstige Methode zur abgesicherten Klärung von Magnetfeldanomalien in den Magnetogrammen gezeigt.