Les nano-oscillateurs à transfert de spin (STNO) sont des candidats prometteurs pour la réalisation de composants radiofréquence (RF) intégrés, du à leur taille nanométrique, l'importante gamme de fréquences de base qu'ils peuvent couvrir, ainsi qu'à leur accordabilité autour de ces fréquences de base. Le signal RF est obtenu grâce à l'effet de transfert de spin (STT) qui donne lieu à une oscillation non-linéaire de l'aimantation dans un élément magnétorésistif. Jusqu'ici, ces excitations ont été examinées dans le cadre d'une couche magnétique isolée, c'est-à-dire sans prendre en compte le couplage entre couches. Cependant, nombreux aspects du spectre d'excitation ne peuvent pas être expliqués si l'on considère une couche isolée. Dans cette thèse nous nous attacherons à répondre à la question importante du couplage dynamique entre couches magnétiques dans un nanopilier magnétorésistif, afin de développer une meilleure compréhension des spectres d'excitation, et en particulier la dépendance en courant et champ magnétique appliqué des caractéristiques du pic d'émission, telles que la largeur de raie et la fréquence. Une première étude est réalisée pour un système composé de deux couches ferromagnétiques, couplées entre elles par le couplage RKKY (ce système est appelé un ferrimagnétique synthétique (SyF)). Le couplage induit des différences importantes dans la dépendance en courant de la fréquence par rapport aux excitations d'une couche isolée. Ces différences sont expliquées par l'important couplage dynamique RKKY. Une seconde étude prend en considération une interaction plus complexe, ayant lieu dans un nano-pilier STNO standard basé sur jonctions tunnel ou vannes de spin. Ce dispositif est composé d'un SyF ainsi que d'une couche libre(FL) magnétique, séparés par une fine couche métallique ou isolante. Pour ce système, en plus du couplage dynamique RKKY propre au SyF, nous prenons en compte le couplage dynamique généré par le champ dipolaire ainsi que le spin-torque mutuel (MSTT) entre la couche libre et le SyF. Ce couplage multiple donne lieu à deux signatures distinctes. La première est l'apparition d'un " saut " dans le spectre d'excitation dû à l'hybridation des modes SyF and FL dans le régime atténué. Le second est dû à l'interaction entre les excitations en régime entretenu, éventuellement via leurs composantes harmoniques, avec les excitations en régime atténué. Cette interaction donne lieu à des discontinuités dans la dépendance fréquence - champ, ce lorsque les excitations FL sont prédominantes. Il est intéressant de noter que cela mène à des régions ou la largeur de raie est diminuée. De plus, lorsque les excitations SyF sont prédominantes, la largeur de raie est diminuée par rapport aux cas ou les excitations FL sont prédominantes. Partant de ces observations, nous proposons une structure plus complexe, où un seconde couche de type SyF remplace la couche libre. Les résultats obtenus par une combinaison d'expériences, de simulations numériques et d'analyse analytique, montrent le rôle important des interactions dynamiques dans un nano-pilier. Ils ouvrent de nouvelles voies pour la conception de configurations STNO qui mèneront à des améliorations des performances du signal ainsi synthétisé.

Les cellules exerçert des forces sur la matrice extra cellulaire sur laquelle elles adhérent impliquant une boulle de régulation biomécanique. Cependant les sous-jacents de par lesquelles les cellules sentent et transmettent les forces restent encore m^echaniemes à elucider. Dans la premiére partie nous allons comment le modulations géométrique les forces de tractions et la distributions des tensions dans le cytosquelette d'actine ainsi que localisation des adhésions focales sur une cellule unique en combinant l'utilisation de la technique de micropatterning et de microscopie à traction de force. Nous avons mesuré la force de traction cellulaire sur différentes formes géométriques mocropatterns (comme un U, flieche ou H) recouvert de protéines sur des gels mous de polyacrilamide 2D dans lequl sont intégrés des nanobilles fluorescenes. Nous avons montré que la géométrie influencait la distribution des forces de tractions localement tandis que l'aire projetée des differentes formes restait conservée (pour une celule). Puis nous avons comparé la force de traction cellulaire développée quand les cellules sont sur des motif contirees circulaire 2D avec des motifs discrets en forme de micropiliers 3D de la me^me rigidité . Nous avons aussi étudie comment les forces varies en fonction de la rigidité de la matrice extracellulaire dans les deux cas précédents une mesure quantitative a été faite sur la localisation spatiale des protéines d'adhésion sur les formes circulaires et aussi sur l'organisation de l'actine. Afin d'ovoir une compréhension systématique de la distribution des forces nous nous sommes concentré sur la localisation et l'orientation des forces sur différentes géométrics de motifs (V, T, Tripod et plus). Nous avons corrélé la distribution avec celle des dibers de stesses et la localisation des adhésions focales. Ensuite nous nous sommes intéressés la distribution des centrosome en corrélation avec la forces et l'organisation d'autres eléments internes. Nous avons égolement essayé de prédire la force de traction en utilisant un modele théorique. Pour finir, nous avons developpé une novelle méthode de micropatterning fabriqué à partir de brosses de polymeres de PNIPAM qui sont thermosensibles. La fonctionalisation de surface et l'adhésion des cellules sur la surface sont aussi décrites. Nous discutons également de la dépendance en température des propriétés du PNIPAm et de l' utilisation desbrosses de polymeres comme actuateur pour induire les détachments des cellules. Nous avons aussi regardé la distribution des fibres de stress quand la cellule est cultivée sur différent types de motif thermosensible.

Ce mémoire décrit les recherches récentes que j'ai effectuées de 1998 à ce jour. De 1998 à 2004, mes efforts principaux ont eu pour objet au CRHEA le développement de la croissance par épitaxie en phase vapeur par décomposition d'organométalliques (EPVOM) des matériaux GaN et AlGaN sur saphir avec des perspectives d'application aux photodétecteurs ultraviolets et aux transistors à effet de champ, dans un cadre de recherche coopérative intense qui a été soutenue en permanence par des ressources propres apportées sur une base de contrats européens et nationaux. Le mémoire, qui ne prétend pas être exhaustif, est focalisé sur les développements que j'ai effectués autour des matériaux GaN et AlGaN pour les applications opto-électroniques aux photodétecteurs ultraviolets. L'élaboration du diamant en couche mince, au moyen de la technique de croissance en phase vapeur assistée par plasma microonde, a ensuite constitué l'objet principal de mon activité de recherche ces quatre dernières années au CNRS LEPES, puis à l'Institut Néel. Un accent particulier a été mis sur le développement d'applications technologiques novatrices propres à valoriser le potentiel du diamant dopé pour les composants, dans le cadre de projets coopératifs nationaux qui s'ouvraient, notamment, vers l'électronique de puissance, l'électrochimie pour applications environnementales et les bio-capteurs. Une sélection de sujets est donc là aussi présente dans ce mémoire, dont l'objectif est avant tout de refléter les résultats et les orientations générales représentant le mieux mes sujets présents et futurs.

Les interactions entre les électrons et les photons sont au cœur des recherches liées à l'information quantique, nées en particulier d'échanges croissants entre deux domaines de la physique : l'opto-électronique, qui s'intéresse aux dispositifs d'émission, de détection et de conversion de lumière à base de matériaux semiconducteurs, et l'optique quantique, historiquement centrée sur l'étude des interactions entre atome et rayonnement électromagnétique. Dans ce mémoire, nous explorons les configurations originales de couplage entre les excitations électroniques (les excitons) et les modes photoniques façonnés au sein de nanostructures semiconductrices. Ces travaux ont été développés sur les matériaux semiconducteurs " à grand gap ", GaN et ZnO, dont les excitons sont robustes jusqu'à température ambiante et les propriétés quantiques d'interaction avec la lumière sont les plus fortes parmi les matériaux semiconducteurs. Le premier chapitre est consacrée à l'étude de l'exciton confiné dans une boîte quantique unique GaN. Dans le second chapitre, nous discuterons l'insertion de telles boîtes quantiques dans des cavités photoniques destinées à réaliser des nanolasers à boîtes quantiques. Enfin, dans le troisième chapitre consacré aux microcavités planaires à base de ZnO, nous montrons comment les polaritons, particules hybrides exciton-photon, forment à forte densité des condensats de Bose (des états macroscopiques cohérents) appelés lasers à polaritons, jusqu'à température ambiante. Les perspectives de développement d'optique quantique en cavité dans ces nouveaux systèmes sont enfin présentées.

Nous avons étudié les propriétés structurales et optiques d'hétérostructures de nitrures d'éléments III. Les croissances ont été réalisées par épitaxie par jets moléculaires assistée plasma d'azote. L'étude a été en particulier axée sur des structures émettant dans l'UV, à des longueurs d'onde sub-300 nm. Pour atteindre cette longueur d'onde à l'aide de couches bidimensionnelles, il est nécessaire d'utiliser des alliages ternaires d'AlGaN à forte teneur en Al (supérieure à 50 %). Nous avons donc tout d'abord corrélé les résultats de techniques de caractérisation aux conditions de croissance. Ainsi, il est possible de contrôler en partie l'homogénéité de l'alliage grâce à la température de croissance et au rapport de flux métal/azote. Nous avons ensuite tenté d'appliquer ces résultats à des hétérostructures à puits quantiques AlGaN/AlGaN. D'autre part, nous avons réalisé des alliages digitaux (super-réseaux à courte période de puits quantiques GaN/AlN). Ceux-ci se sont montré une alternative intéressante aux couches 2D pour la réalisation de dispositifs émetteurs de lumière. Enfin, une part importante du manuscrit s'attache à l'étude des effets d'un recuit après la croissance et à haute température. Cette étude a été menée sur des couches d'AlGaN ainsi que sur des boites quantiques GaN/AlN. Pour les couches d'AlGaN, nous avons constaté une augmentation de l'inhomogénéité des couches après un recuit à 950 °C. Pour les boîtes quantiques GaN, nous avons constaté dès 1000 °C, un décalage vers le bleu de la luminescence. A 1300-1500 °C, des images TEM ont clairement montré la diffusion de Ga dans la matrice AlN au-dessus des boîtes quantiques.

Des nanofils de ZnSe catalysés avec de l'or ont été synthétisés pour la première fois sur pseudo-substrats de ZnSe déposé sur GaAs. La nucléation de l'or a été étuidiée en détails. Des nanoparticules d'or de diamètres homogènes ont été produites. Ces nanoparticules conduisent à la création de nanofils de diamètres de l'ordre des diamètres de Bohr des excitons dans le ZnSe et dans le CdSe. Les très basses densités de nanoparticules d'or obtenues permettent la croissance de nanofils de ZnSe dans un mode non-compétitif. La croissance a été étudiée en fonction de la variation de certains paramètres. Un rapport de flux élevé de Se:Zn~4, ainsi qu'une température aux alentours des 400C donnent lieu aux nanofils les plus droits. Les nanofils résultant de ces conditions sur ZnSe (001) s'orientent selon deux axes. La vitesse de croissance des nanofils peut être modélisée par la diffusion d'adatoms vers l'interface de croissance du nanofil. Il est démontré à l'aide d'observations RHEED que la croissance se déroule dans un mode vapeur-solide-solide (VSS), c'est à dire, avec un catalyseur à l'état solide. Une croissance dans le mode ALE produit des nanofils orientés selon un seul axe. L'incorporation de BQ de CdSe à été étudiée en détails par le biais de plusieurs techniques expérimentales. Il est possible d'obtenir des BQ de CdZnSe de quelques nanomètres de long, avec des hétérojonctions abruptes et contenant aux alentours de 50% de Cd. L'étude optique de ces BQ montre de fines raies excitoniques. L'émission de photons uniques a été mesurée sur la raie biexcitonique jusqu'à la température ambiante. À cause de la présence d'une émission discrète du substrat des nanofils, ceux-ci doivent être transférés sur un substrat non-luminescent pour les études optiques.

The thesis work discusses the design, realization, characterization and operation of a two-qubit processor implemented using capacitively coupled tunable superconducting qubits of the Transmon type. Each qubit can be manipulated and read out individually using a non-destructive single-shot readout. In addition, a universal-two qubit gate can be implemented using the interaction between the qubits. The processor implements therefore all basic building blocks of a universal two-qubit quantum processor. Using it, we implement the universal square root of iSWAP two-qubit gate, characterizing the gate operation by quantum process tomography and obtaining a gate fidelity of 90 %. We use this gate to create entangled two-qubit Bell states and perform a test of the CHSH Bell inequality, observing a violation of the classical boundary by 22 standard eviations after correcting for readout errors. Using the implemented two-qubit gate, we run the so-called Grover search algorithm: For two-qubits, this algorithm finds among four elements {00, 01, 10, 11} the one element y that solves a search problem encoded by a function f for which f(y) = 1 and f(x != y) = 0. Our implementation retrieves the correct answer to the search problem after a single evaluation of the search function f(x), with a success probability between 52 % and 67 %, therefore outperforming classical algorithms that are bound to a success probability of 25 %. This constitutes therefore a proof-of-concept of the quantum speed-up for superconducting quantum processors. Finally, we propose a scalable architecture for a superconducting quantum processor that can potentially overcome the scalability issues faced by today's superconducting qubit architectures.

L'objectif principal de cette thèse est dirigé vers l'établissement et l'explication des relations entre les conditions de synthèse des couches minces de CZTSSe, ses propriétés physiques et les performances des dispositifs photovoltaïques. Pour faire face à cette tâche la première approche était de comprendre le mécanisme de formation de la matière par rapport aux conditions de croissance du matériau. Le CZTSSe est synthétisé par un processus de sélénisation en deux étapes, où une première étape de dépôt par PVD de précurseurs est nécessaire, suivie d'une seconde étape de recuit sous atmosphère de sélénium. Différents ordres d'empilement de précurseurs ont été étudiés afin de comprendre la séquence de réactions qui, à partir de leur dépôt, conduise à la couche finale de CZTSSe. Cette étude, fait en plusieurs étapes, a nécessité de un effort important sur la caractérisation du matériau à chaque étape de la synthèse. Le résultat a montré que dans le cas du procédé en deux étapes, le matériau final est indépendant du dépôt de précurseurs. Les possibles implications bénéfiques en raison de l'incorporation de sodium dans le CZTSSe sont également décrites. Cette étude est réalisée en synthétisant la couche de CZTSSe sur différents substrats contenant diffèrent taux de sodium: de cette manière, pendant la synthèse, le sodium migre de substrats vers l'absorbeur. Après quantification du Na dans le CZTSSe juste après la croissance, le matériau est caractérise afin d'évaluer sa qualité. Ensuite il est employé dans une cellule solaire complète pour vérifier ses propriétés photovoltaïques. Les résultats ont montré que, comme pour la technologie CIGS, le sodium est bénéfique pour le CZTSSe, permettant l'augmentation de la tension à circuit ouvert et le rendement de cellule. Le molybdène est le contact arrière le plus utilisé pour les cellules solaires à base CZTSSe. Cependant, il a été suggéré récemment que le Mo n'est pas stable à l'interface avec le CZTSSe. En outre, à ma connaissance, aucune étude expérimentale n'a été effectuée à ce jour pour tester si les cellules solaires construites sur un autre contact arrière pourraient présenter de meilleures propriétés photovoltaïques. A cet effet, divers métaux (Au, W, Pd, Pt et Ni) sont déposées sur le dessus de Mo et testés comme contacts arrières dans les cellules solaire à base de CZTSSe. Il est démontré qu'il est possible synthétiser de films minces de CZTSSe de qualité quand le tungstène, l'or et le platine sont employé comme contacts arrière. Il est démontré que les contacts en W et Au permettent d'augmenter le courant photogénéré, mais aussi que le Mo reste le meilleur contact arrière en termes d'efficacité de conversion. Les effets de la variation du rapport [S]/([S]+[Se]) sur les performances des cellules solaires à base CZTSSe ont été étudiés. Cette étude a été faite par simulations des cellules solaires à base de CZTSSe, où le taux de chalcogènes dans l'absorbeur est varié, avec l'objective de trouver la composition optimale de l'absorbeur. Deux types d'approche différente ont été étudiés: la variation linéaire du rapport des chalcogènes, et une variation parabolique. Les simulations conduisent à un rendement de 16,5% (avec une tension en circuit ouvert de 0,56 V, courant de court-circuit de 37,0 mA/cm2 et un facteur de forme de 79,0%) lorsque la teneur en soufre est diminué linéairement à partir du contact arrière en direction de la couche tampon. Sur la base de ces résultats, nous proposons que l'ingénierie de bande interdite sur la base de la variation du taux [S]/([S]+[Se]) dans l'absorbeur est un outil puissant qui permet d'augmenter les performances des cellules solaires à base CZTSSe sans changer la qualité de l'absorbeur en lui-même.

Les recherches menées au cours de cette thèse constituent une première étape de développement de méthodes expérimentales de concentration de nanoparticules à l'aide de composants micro-nanofluidiques. L'objectif principal est donc d'explorer différentes architectures de systèmes micro-nanofluidiques où l'étape de concentration est effectuée par effet d'exclusion stérique et/ou ionique sous l'application d'un champ de pression et/ou électrique. Une attention toute particulière a été portée sur les méthodes de caractérisation, comprenant notamment les méthodes de particule Tracking Micro-PIV et de microscopie par fluorescence pour mesurer la répartition en nanoparticules et quantifier les facteurs de concentration. Le premier axe concerne la concentration de nanoparticules dans des architectures de type " Bypass ". Dans le cas de la filtration stérique, une modélisation par méthode de différence finie permet de prédire l'apparition d'une zone localisée où la concentration est d'une centaine à un millier de fois plus élevée que la concentration initiale après une heure d'opération. Des composants micro-nano fluidique en silicium ont été réalisés afin de mener une étude paramétrique. En accord avec le modèle proposé, cette étude montre que le nombre de Peclet est le paramètre déterminent dans le choix du design et des conditions d'expérimentations optimums. Concernant la préconcentration par effet électrocinétique, les expérimentations ont essentiellement consisté à explorer le phénomène d'ICP (Ion Concentration Polarisation) et d'appliquer cette technique pour la concentration de nanoparticules. Enfin le type de géométries " Bypass " a été testé sous différentes conditions. Ainsi, le couplage avantageux de phénomènes électro-hydrodynamiques tel que le " streaming potentiel " permet d'ouvrir la voie à des systèmes de préconcentration à actionnements manuels, rapides et très simples d'utilisation. Le deuxième axe d'étude est quant à lui dédié à la conception et l'utilisation de configuration micro-nanofluidique plus originales. Y sont notamment étudiés des systèmes à configuration radial offrant une meilleure stabilité lors des étapes de préconcentration électrocinétiques. Sur la base des performances et limitations des différents systèmes micro-nanofluidiques réalisés, le dernier chapitre est une mise en perspective des champs d'applications potentiels, notamment pour les laboratoires sur puces.

Cette thèse porte sur les mélanges d'onde non linéaires qui peuvent avoir lieu dans le champ évanescent de nanofibres de silice. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à la diffusion Raman stimulée qui est obtenue par l'interaction du champ évanescent très intense et un liquide non linéaire dans lequel baigne la nanofibre. Afin de mettre en évidence la diffusion Raman stimulée" évanescente ", nous avons développé un modèle de simulation non linéaire dont le but est de déterminer les caractéristiques des nanofibres à réaliser. Le gain Raman modal est calculé afin de trouver le rayon optimal des nanofibres pour chaque liquide ou mélange de liquides possible. En considérant la puissance critique et le seuil de dommage de nos nanofibres, nous avons déduit la longueur minimale d'interaction. Les conditions d'adiabacité des parties évasées menant à la nanofibre sont également discutées. Ces spécifications nous ont amenés à développer une plateforme de tirage de nanofibres spécifiquement dédiée à ces expériences de non-linéarités évanescentes. Cette palteforme nous permet de tirer des nanofibres de diamètre allant jusqu'à 200 nm sur des longueurs de 10 cm, avec plus de 90% de transmission. Avec ces nanofibres, nous avons mis en évidence le premier ordre Stokes de l'éthanol dans le champ évanescent d'une nanofibre, ainsi que les premier et second ordres Stokes du toluène. Ces premières expériences sont en très bon accord avec nos simulations et ouvrent la voie à de nombreuses expériences en optique non linéaire.