L’actualité des travaux de recherche dans le domaine des moteurs électriques repose en partie sur des machines utilisant des matériaux supraconducteurs. En effet, ces matériaux des caractéristiques intéressantes pour des applications à champ magnétique et courant élevés, en étant refroidis à très basse température, en général de 4 à 77K. Ce qui est un paramètre important pour développer des machines de fortes puissances avec un encombrement minimal. Nous proposons d’utiliser les caractéristiques de fort courant et fort champ magnétique des fils supraconducteurs ainsi que les capacités de blindage magnétique des supraconducteurs massifs pour le développement de moteurs supraconducteurs. Nous avons développé et réalisé les essais d’une machine synchrone supraconductrice de 250kW, à inducteur supraconducteur tournant. Nous continuons les travaux sur les machines supraconductrices à topologies originales, avec la modélisation 3D d’un nouvel inducteur, à pans coupés. Mais également par de nouveaux essais et développements de la machine à concentration de flux magnétique réalisée dans des travaux précédents / An important part of electrical machines research activities focus on superconducting motors. In fact, an important magnetic field and high current are possible with these materials, used at low temperature, generally 4 to 77K. These two parameters allow an interesting motor development, with higher electrical power and a minimal overcrowding. In front of high magnetic flux and high current superconducting caracteristics and bulk screening effect, we suggest several superconducting motors development. We developed and realized a 250kW synchronous superconducting motor, with a rotating superconducting inductor. Then, using 3D finite element software, we introduce an original superconducting inductor topology, nammed "pan coupé". Besides, we show new test and development of the magnetic flux concentration motor constructed 4 years ago

Cette thèse est consacrée à l’étude des mécanismes de propagation de parois magnétiques dans des films et des pistes magnétiques basés sur des matériaux à anisotropie magnétique perpendiculaire qui sont très prometteurs pour les mémoires magnétiques non volatiles d’ultra haute densité. Je me suis principalement intéressé à l’influence des défauts structuraux sur les mécanismes de dépiegeage de parois en utilisant la technique de microscopie Kerr ainsi que des mesures de transport. Trois résultats importants ont été mis en évidence : (1) Dans des vannes de spin de type CoNi/Cu/CoNi, il existe une forte influence du champ dipolaire généré par la couche dure qui peut influencer la nucléation parasite de paroi magnétique dans la couche libre et créer une propagation asymétrique sous l’effet d’un courant polarisé. J’ai aussi montré que dans des pistes sub-50nm, le renversement de l’aimantation s’effectue par des événements multiples de nucléation à cause de la présence de centres de piégeage fort qui bloquent la propagation ; (2) En visualisant la géométrie des domaines magnétiques et en étudiant les lois de reptation, j’ai montré la présence d’une faible densité de défauts structuraux et de faibles champs de propagation dans les multicouches texturés/amorphe de CoNi-CoFeB et cristallisés de Ta-CoFeB-MgO ; (3) J’ai finalement mis en évidence un effet du transfert de spin à de faibles densités de courant (≈5x1011 A/cm2) dans les pistes de CoNi-CoFeB. J’ai aussi montré une forte influence du champ d’Oesterd sur la propagation de parois liée à la présence de faibles champs de propagation. Finalement, dans le cas des pistes basées sur des films cristallisés de Ta-CoFeB-MgO, j’ai pu mesurer la vitesse sur 10 ordres de grandeur et montrer que les parois se propagent à des champs de propagation ultra faibles (0,1mT). / This work is focused on the study of magnetic domain wall propagation mechanisms in the thin films and wires based on materials with perpendicular magnetic anisotropy which are promissing for the non-volatile magnetic memory of ultra high density. I’m interested in the influence of structural defects on the mechanisms of domain wall propagation by using the Kerr microscopy technique and the transport measurements. Three important results were obtained: (1) In the spin valve structure of CoNi/Cu/CoNi, a strong influence of the dipolar magnetic field induced by the hard layer can generate a parasitic nucleation in the soft layer and create an asymmetric domain wall propagation driven by a spin polarized current. I also demonstrated that in sub-50nm wires, the nature of magnetization reversal process is the multiple nucleation events because of strong pinning centers that hinder the domain wall motion; (2) By observing the magnetic domain geometry et studying the creep law, I have pointed out that in the CoNi-CoFeB multilayers and the crystallized Ta-CoFeB-MgO multilayers, the structural defect density is low and the propagation fields can be reduced; (3) I found a spin-transfer effect with low current density (≈5x1011 A/cm2) in CoNi-CoFeB wires. I also demonstrated that the Oersted field can strongly influence the domain wall motion, especially in the material with low propagation field. Finally, in the Ta-CoFeB-MgO wires, I could measure a wide range of domain wall velocity and I show that the domain wall can move at a very low propagation field (0.1mT)

Cette thèse vise principalement à faire face à la fiabilité de stockage de STT-MRAM au niveau dispositif, au niveau circuit et au niveau système. Les majeures contributions de cette thèse peuvent être résumées comme il suit: a) La modélisation de la jonction tunnel magnétique par courant polarisé en spin (STT-MTJ), pour développer un compact modèle SPICE de STT-MTJ. b) Le design de fiabilité de STT-MRAM au niveau dispositif, pour étudier les structures de base de cellule de mémoire et de cellules de référence. Dans cette partie, nous avons proposé une cellule de mémoire configurable (CMC), une cellule dynamique de référence (RDC) et un loquet magnétique de rayonnement durci (RHM-Latch). c) Le design de fiabilité de STT-MRAM au niveau circuit, pour étudier les modules de circuits périphériques. Dans cette partie, nous avons proposé un circuit de lecture séparé et précharge (SPCRC), un circuit de lecture offset-Tolérant sans perturbation (OTDFRC) et un circuit de correction d'erreur intégré. d) Le design de fiabilité de STT-MRAM au niveau système, vise principalement à étudier l'architecture de la puce. Dans cette partie, nous avons proposé une architecture reconfigurable (nommé Re-STT-MRAM) et une architecture de correction d'erreur hybride (nommé cRR-SECC). / This thesis aims mainly to deal with the storage reliability of STT-MRAM from device-Level, circuit-Level and system-Level perspectives. The major contributions of this thesis can be summarized as follows: a) Spin transfer torque magnetic tunnel junction (STT-MTJ) modeling, to develop a compact SPICE model of STT-MTJ.b) Device-Level reliability design of STT-MRAM, to study the basic memory cell and reference cell structures. We proposed a configurable memory cell (CMC), a dynamic reference cell (DRC) and a radiation hardened magnetic latch (RHM-Latch) in this part.c) Circuit-Level reliability design of STT-MRAM, to study the peripheral circuit modules. We proposed a separated pre-Charge read circuit (SPCRC), an offset-Tolerant disturbance-Free read circuit (OTDFRC) and a built-In error correction circuit in this part.d) System-Level reliability design of STT-MRAM, aims mainly to study the chip architecture. We proposed a reconfigurable architecture and a hybrid error correction architecture in this part.

La réfrigération magnétique est une technologie émergente grâce à des avantages considérables par rapport aux technologies de réfrigération classiques. Cette technologie basée sur l’effet magnétocalorique offre d’importants avantages environnementaux car d’une part l’efficacité théorique des cycles utilisés est supérieure à celle des technologies classiques et d’autre part son fonctionnement ne nécessite pas une utilisation de gaz/vapeur `a fort effet de serre. En revanche des verrous scientifiques restent à lever, Le modèle multi-physique proposé dans cette thèse à pour but d’améliorer la précision de calcul. Il consiste à coupler un modèle 3D magnétostatique résolu par la méthode des éléments finis, un modèle magnétocalorique analytique et un modèle thermo-fluidique résolu par méthode des différences finies. Parallèlement, un banc d’essais a été conçu, optimisé et réalisé, ce banc permettra de faire des mesures fines des différents phénomènes qui interagissent dans la réfrigération magnétique. / The magnetic refrigeration technology is a promising alternative technology to the production of cold. The work of this thesis deals with studying and designing a magnetic refrigeration prototype. A multiphysic model is developed, this model taking into account several magnetic and magnetocaloric aspect that never dealt in the literature. It is used to investigate the influence of a range of parameters on the performance of the AMR. A new test bench of magnetic refrigeration is also designed, it is based on a particular electromagnet that was optimally realized. The magnetic performances are showed and concord with design prevision. Finally, suggestions for future works are provided based on the knowledge presented here.

Cette thèse à pour objet l'étude expérimentale de la dynamiquede l'aimantation de disques de taille sub-micronique fait dematériau ferromagnétiques à faible amortissement . Pour cela,nous avons utilisé une technique spectroscopique extremementsensible qui sera préalablement présentée: la résonanceferromagnétique détéctée mécaniquement. Une premièrepartie est consacrée à la mesure des modes propres dans des disquesde NiMnSb dans leur état rémanent: le vortex. L'influence d'unchamp magnétique, aplliqué perpendiculairement, sur les ondes despin du vortex est détaillé. L'accent est ensuite mis surl'interaction du coeur de vortex avec ces ondes de spin, qui mèneà son retournement dynamique. Un cadre théorique de l'étatvortex est présenté, permettant de modéliser les mesuresexpérimentales. Dans une deuxième partie, le problème de ladynamique collective de plusieurs disques de FeV dont l'aimantation estsaturée perpendiculairement est étudié. La mesure des modescouplés par l'intéraction dipolaire dynamique y est présentée,associée à une modélisation théorique qui expliquequantitativement les résultats observés. / This thesis is aimed at studying experimentally the magnetisationdynamics of discs in the sub-micron range made of low dampingferromagnetic materials. For this purpose, an extremely sensitivetechnique has been used: the ferromagnetic resonance force microscopy. A firstpart is devoted to the measurement of the eigenmodes of NiMnSb discstaken in their remanent state: a vortex. The influence of aperpendicular magnetic field on the spin wave modes in the vortex state willbe detailled. Then, the coupling mechanism between the vortex core andthese spin wave, eventually leading to its dynamical reversal, ishighlighted. A theoretical framework of the vortex state is presented,allowing to model the experimental observations. In a second part,the problem of the collective magnetisation dynamics in several FeVdiscs is addressed. Measurements of the collective modes coupled bythe dynamical dipolar interaction are presented, associated with atheoretical modelisation which explain quantitatively the experimentalresults.

Ce travail de thèse portait sur la synthèse et l'étude de complexes magnétiques redox-actifs comme prototypes pour la conception d'aimants moléculaires à haute température. L'activité redox est assurée par le ligand pontant, qui peut moduler et parfois améliorer significativement les propriétés magnétiques. Après un chapitre d'introduction présentant les derniers développements dans le domaine des matériaux magnétiques moléculaires, un accent particulier est mis sur l'importance d'avoir un fort couplage d'échange magnétique J entre les porteurs de spin. Une étude bibliographique présentant deux approches émergentes pour augmenter J dans les composés polynucléaires est également présentée et discutée. Le chapitre 2 présente les synthèses et caractérisations de complexes dinucléaires [M2(tphz)(tpy)2](PF6)n (M = Co(II) ou Ni(II); n = 4, 3, 2, tphz = tétrapyridophénazine, tpy = terpyridine) construits à partir de ligands pontant (tphz) et bloquant (tpy) fortement coordinants et redox-actifs. Les études approfondies de ces composés montrent que le ligand pontant redox-actif peut être utilisé comme un outil de choix pour promouvoir une délocalisation des spins, de forts couplages magnétiques, ainsi que de la commutabilité. L’analyse des résultats obtenus permet également de mieux comprendre les paramètres clés pour l’élaboration de systèmes fortement couplés magnétiquement. Dans le prolongement de ce travail visant à sélectionner les meilleurs composants pour la conception rationnelle d'aimants moléculaires à haute température, le chapitre 3 décrit une nouvelle série de complexes mononucléaires [Cr(III)(tphz)(tpy)](CF3SO3)n (n = 3, 2, 1). Les complexes mono- et doublement réduits présentent des interactions magnétiques remarquablement fortes entre les ions métalliques et les ligands radicalaires, et pourraient servir d'unités magnétiques intéressantes pour la conception d'aimants de plus hautes nucléarités. / The thesis work aims at the synthesis and study of redox-active magnetic molecules as prototypes towards the design of molecule-based magnets with high operating temperature, a prerequisite for technological applications. The redox activity is provided by the bridging ligand, which could tune and sometimes enhance significantly the magnetic properties of the resulting molecular architectures. After an introduction chapter presenting the latest developments in the field of molecule-based magnetic materials, special emphasis is given on the importance of having large magnetic exchange coupling J between the spin carriers to reach high operating temperature. This is supported by a bibliographic study concerning two emerging approach to enhance J values in polynuclear compounds. Chapter 2 presents the syntheses and characterizations of dinuclear M(II) complexes [M2(tphz)(tpy)2](PF6)n (M = Co or Ni; n = 4, 3, 2, tphz = tetrapyridophenazine) built by using strongly complexing, redox-active bridging ligand (tphz), and terpyridine (tpy) as capping ligands. The extensive studies on these compounds show that the redox-active bridging ligand can be used as a tool to promote spin delocalization, high spin complexes and magnetic multi-switchability. Importantly the work reveals the key parameters towards building strongly magnetically coupled systems. As a continuation research of finding the best magnetic components for the rational design of high temperature molecule-based magnets, Chapter 3 describes a new series of [Cr(III)(tphz)(tpy)](CF3SO3)n (n = 3, 2, 1) mononuclear complexes. Both the mono and doubly-reduced complexes show remarkable magnetic interactions between metal center and radical ligands, which could further act as interesting magnetic units for the design of higher nuclearities magnets.

La susceptibilité magnétique peut servir dans les études géologiques comme un indicateur de l'évolution pétrologique et structurale des roches. Cela nécessite une démarche particulière qui est développée ici, sur les roches sédimentaires déformées: les trois points suivants sont la base de cette étude. Les mécanismes de déformation et les différentes structure géologiques résultantes. L'origine de la susceptibiiité magnétique et de son anisotropie (A.S.M.) : minéralogie magnétique et pétrofabrique des minéraux anisotropes. L'utilisation de méthodes géométriques pour analyser les directions de l'ASM, notamment dans les cas d'interférences de structures. Dans les calcschistes du Jurassique et les flyschs éocènes de la zone dauphinoise la susceptibilité magnétique est due au paramagnétisme des phyllosilicates, qui constitue la matrice, et au ferromagnétisme de la magnétite. L'A.S.M. se corrèle bien aux structures de déformation: la foliation magnétique - c'est·à-dire le plan perpendiculaire à la susceptibilité magnétique minimale, K3 - est systématiquement confondue avec la stratification ou la schistosité. La linéation magnétique (susceptibilité maximum K1) a tendance à indiquer l'intersection stratification/schistosité dans les niveaux marneux, riches en phyllosilicates, et l'étirement dans le sens du transport dans les niveaux plus calcaires, reiativement plus riche en magnétite. Il est possible à partir de l'A.S .M. d'aborder les problèmes d'interactions des structures sur les propriétés magnétiques directionnelles et de déterminer les orientations tectoniques en l'absence de marqueurs structuraux. Le métamorphisme alpin peut·être mis évidence par la décroissance de la susceptibilité lors du passage dans l'épizone. On discute les possibilités d'estimer le taux de déformation grâce à l'A.S.M., et on proposera, enfin, une méthode générale d'étude structurale au moyen de l'A.S.M ..

Le pompage optique permet de réaliser, par la méthode de Colegrove, Schearer, Walters (Physical Review, 1963, vol. 132, p. 2561), des échantillons gazeux d'hélium-trois dont les spins nucléaires sont orientés. En champ magnétique faible, un tel système est hors d'équilibre. La relaxation de l'orientation se produit principalement au voisinage des parois du récipient : pendant leur adsorption, les atomes subissent l'action des impuretés magnétiques présentes dans la paroi. L'utilisation d'enduits cryogéniques solides peu attractifs (le néon, l'hydrogène moléculaire) réduit notablement cet effet jusque vers deux kelvin. A plus basse température, l'allongement des temps d'adsorption les rend inefficaces : nous avons alors ajouté un film d'hélium-quatre liquide aux échantillons pour exclure l'hélium-trois du voisinage immédiat des parois. Avec un tel revêtement de la cellule, nous avons pu réaliser le pompage optique d'un gaz d'hélium-trois vers un demi kelvin et obtenir un taux d'orientation nucléaire de quelques pour cent ; le temps de relaxation de l'orientation longitudinale est alors de vingt minutes. Les variations du temps de relaxation avec l'épaisseur du film, la composition de l'enduit, la densité gazeuse et la température ont fait l'objet d'études expérimentales détaillées. La condensation progressive de l'hélium-quatre lorsqu'on abaisse la température, l'adsorption de l'hélium-trois sur ce film, sa dissolution à l'intérieur et notamment dans les premières couches ont été discutées. Les estimations effectuées ont permis de proposer quelques modèles explicatifs des processus de relaxation qui interviennent. En outre, par des techniques de Résonance Magnétique Nucléaire permettant l'observation de la précession libre des spins dans un champ magnétique inhomogène, nous avons effectué sur le gaz lui-même les premières déterminations expérimentales des coefficients de diffusion de spin dans l'hélium entre un et un demi kelvin.

Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons à l'élaboration de réseaux de nanoplots magnétiques, afin d'en étudier les propriétés magnétiques. Les nanoplots sont élaborés sur Au(788), une surface spontanément pré-structurée et qui permet la croissance de réseaux avec un ordre à grande distance et une distribution de taille étroite. La première partie de ce travail consiste à étudier les mécanismes qui conduisent à la croissance organisée sur un réseau de pièges ponctuels. Nous établissons le lien entre la plage de température qui permet d'observer la croissance organisée et les paramètres énergétiques du problème. Ensuite, grâce à des études exhaustives de la croissance en fonction de la température de substrat, réalisées à l'aide d'un Microscope à Effet Tunnel à température variable, nous étudions la croissance du cobalt et du fer sur Au(788). La comparaison avec des simulations multi-échelles (Dynamique Moléculaire, Monte Carlo cinétique) nous permet alors de déterminer les mécanismes atomiques à l'origine de l'organisation. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l'étude du magnétisme des nanostructures que nous savons former, et plus particulièrement à la détermination du lien entre la morphologie des plots et leur énergie d'anisotropie magnétique (MAE). Après une étude sur les limites du modèle du macromoment et du retournement cohérent de l'aimantation habituellement utilisé pour les nanostructures, nous nous intéressons aux propriétés magnétiques de nanoplots contenant une centaine d'atomes de cobalt. Grâce à la mesure de cycles d'hystérésis à différentes températures, nous déduisons la distribution de MAE dans l'échantillon. Celle-ci est large, contrairement à des résultats précédents sur des îlots plus gros. La comparaison avec la distribution de taille des îlots implique une relation non triviale entre la taille des îlots et leur MAE.

Aux fréquences micro-ondes, les ferrites sont caractérisés par une perméabilité tensorielle, représentative de leur anisotropie induite sous champ magnétique. Cette propriété spécifique est à l'origine du comportement non réciproque de dispositifs comme les circulateurs et les isolateurs. Les limitations des milieux ferrites (aimantation à saturation réduite, fortes températures de frittage lors de leur élaboration) conduisent cependant les laboratoires à étudier des matériaux s'y substituant. Pour pouvoir réaliser des fonctions hyperfréquences non réciproques optimisées à partir de tels matériaux, la mesure préalable de leur tenseur de perméabilité est requise sur une large bande de fréquences. L'originalité du travail présenté dans ce mémoire est double : - dans un premier temps, une technique de mesure non itérative des éléments (µ, k) du tenseur de perméabilité des milieux magnétiques, dans un état quelconque d'aimantation, a été développée. Elle est utilisable du continu jusqu'environ 6 à 7 GHz, selon le type de matériau testé. Outre la détermination analytique de (µ, k) en fonction des paramètres S de la cellule de mesure en ligne de transmission élaborée, son principal intérêt est de permettre d'étudier le matériau dans des conditions voisines de celles fixées par l'application en technologie planaire ultérieure (mesure « in-situ »), - à partir de cette technique de caractérisation expérimentale, les propriétés d'anisotropie induite de matériaux composites nanostructurés aimantés ont ensuite été démontrées puis ajustées pour mettre en œuvre un isolateur hyperfréquence à résonance. Les performances de ce dernier sont au moins comparables à celles des isolateurs à ferrites, pour une quantité de matière magnétique moindre.