Bien que les propriétés optiques des métaux nanostructurés soit connues depuis de nombreuses décennies, ce n'est que dans les dernières années que ce domaine a suscité un grand intérêt. Ceci est en partie dû aux nombreux progrès des techniques de nanofabrication. Le domaine de la plasmonique est souvent présentée comme la support de la prochaine génération de dispositifs de traitement de l'information, mélageant la nanoélectronique et la photonique silicium pour obtenir des disposotifs plus performants. Les systèmes microélectroniques actuels approchant de la saturation en terme de bande passante et de consomation énergétique, la migration vers les systèmes photoniques semble inévitable. La prédiction de la réponse électromagnétique de ces composants nano-photoniques est essentiels au succès de leur intégration réaliste. Les outils numériques de simulation électromagnétiques sont le moyen par excellence de calculer précisement er de manière réaliste les propriétés optiques de composants nanophotoniques, et en particulier ceux utilisant des plasmons de surface. Ce travail de thèse rend compte de l'analyse numérique de la propagation et des caractéristiques de champ proche de composants à base de plasmons pour la photonique en technologie CMOS. Les deux principaux outils de modélisation EM utilisés à cet égard sont la méthode des éléments des moments, ainsi que la FDTD. Deux types principaux de dispositifs actifs plasmoniques actifs ont été étudiés: d'une part les modulateurs électro-optiques intégrés et d'autre part des détecteurs à base de quantum dot de Ge, le tout dans la gamme du proche infrarouge. La question cruciale d'un couplage efficace de la lumière dans un mode très confiné plasmonique a d'abord été étudiée de manière à isoler la part modale des principales contributions. Ensuite, une nouvelle structure de modulateur assisté plasmon a été proposée et une conception optique complète prenant en compte les contraintes technologiques d'une fonderie CMOS est proposée et discutée. Enfin une conception optimisée du couplage radiatif de l'absorption d'un point de Ge, en utilisant une antenne dipolaire plasmonique, est étudiée. En particulier, l'ingénierie radiative du substrat SOI permet de démontrer un effet considérable sur la performance finale du dispositif.

L'effet Kondo observé dans des objets individuels constitue un système modèle pour l'étude de corrélations électroniques. Ces dernières jouent un rôle moteur dans le domaine émergent de l'électronique de spin (ou spintronique) où l'utilisation d'atomes issus des terres rares et des métaux de transition est incontournable. Dans ce contexte, l'étude de l'interaction d'une impureté Kondo avec des électrodes ferromagnétiques ou avec d'autres impuretés magnétiques peut donc s'avérer fondamental pour la spintronique. L'effet Kondo est sensible à son environnement magnétique car en présence d'interactions magnétiques la résonance ASK se dédouble. Dans une certaine mesure, la résonance ASK agit comme un niveau atomique discret doublement dégénérée qui subit un dédoublement Zeeman en présence d'un champ magnétique ou plus généralement d'un champ magnétique effectif. Inversement, la détection d'un dédoublement Zeeman indique l'existence d'un champ magnétique. Dans une boîte quantique, le couplage de la boîte avec les deux électrodes est faible en général et la largeur de la résonance ASK est donc de l'ordre de quelques meV. Beaucoup d'études de l'effet Kondo en présence d'interactions magnétiques ont été menées sur les boîtes quantiques, grâce notamment au contrôle qui peut être exercé sur la résonance ASK, mais aussi grâce au faible élargissement de la résonance qui peut alors être dédoublée avec un champ magnétique de l'ordre de 10 Tesla ou moins. A ces études, s'ajoutent de nombreux travaux similaires menés avec des dispositifs tels des jonctions cassées comprenant une molécule individuelle jouant le rôle de l'impureté magnétique. En revanche, peu d'études de ce type ont été consacrées aux atomes individuels. Cela est dû à l'hybridation plus marquée entre l'impureté atomique et la surface comparée aux boîtes quantiques, qui entraine une largeur typique de 10 meV ou plus pour la résonance ASK. Un champ magnétique d'environ 100 T ou plus est alors nécessaire afin de dédoubler la résonance et donc en pratique difficile à mettre en oeuvre. Cette thèse est consacrée précisément à l'étude de l'interaction entre une impureté Kondo individuel et son environnement magnétique à l'aide d'un STM. Une nouvelle stratégie est adoptée ici par rapport aux études antérieures de ce genre. Tout d'abord, nous éliminons la barrière tunnel en établissons un contact pointe-atome. Nous formons ainsi un point de contact quantique comprenant une seule impureté Kondo. Deuxièmement, nous utilisons des pointes ferromagnétiques. Le contact pointe-atome permet de sonder l'influence du ferromagnétisme sur l'impureté Kondo vial'observation de la résonance ASK. La géométrie de contact permet tout particulièrement de produire une densité de courant polarisé en spin suffisamment élevée pour qu'elle entraîne un dédoublement de la résonance ASK. Ce dédoublement constitue la première observation à l'échelle atomique d'un phénomène connu sous le nom d'accumulation de spin, laquelle se trouve être une propriété fondamentale de la spintronique.

Les communautés de la physique nucléaire et des hautes énergies ont montré un intérêt croissant pour les faisceaux de positrons intenses et hautement polarisés. Des photons polarisés durs peuvent produire des positrons dans le champ atomique par création de paire, l'électron et le positron ainsi produits portent une partie de la polarisation de la particule initiale. Les récentes avancées dans le domaine des sources d'électrons à courants intenses (1 mA) et hautement polarisés au Jefferson Lab offrent la perspective de créer des positrons polarisés à partir d'électrons de faible énergie. Cette thèse se propose de discuter les transferts de polarisation aux positrons dans la perspective d'une optimisation du design d'une source de positron polarisée. L'expérience PEPPo, visant à mesurer la polarisation de positrons par un faisceau d'électrons de basse énergie (<10MeV) mais de basse intensité est discutée. Une démonstration concluante de cette technique fournirait une méthode alternative de produire des positrons polarisés de basse énergie et des informations utiles pour optimiser le design d'une source dans la gamme d'énergie inférieure au GeV.

L'élaboration de nouveaux revêtements interférentiels multicouches est motivée par la demande de l'astrophysique solaire et par le développement de nouvelles sources de rayons EUV (source à génération d'harmoniques d'ordre élevé, laser X, rayonnement synchrotron). Nous avons étudié et développé différents systèmes multicouches possédant à la fois des propriétés optiques optimisées (réflectivité et/ou bande passante) et une bonne stabilité temporelle et thermique pour la gamme de longueurs d'onde comprise entre l=30 nm et l=50 nm. Des multicouches destinées à la sélection d'harmonique ont été optimisées et utilisées pour la réalisation d'un interféromètre EUV. Une augmentation significative de la réflectivité des multicouches dans la gamme spectrale de 30 à 40 nm a été obtenue par l'addition d'un troisième matériau dans l'empilement. Une étude comparative des courbes de réflectivités théorique et expérimentale en fonction de la longueur d'onde a été menée. Les différences observées ont pu être expliquées notamment à l'aide de l'analyse des propriétés physique des différents matériaux en couche mince. Nous montrons également que l'utilisation de ces multicouches à trois matériaux par période permet le développement d'empilements répondant à des demandes spécifiques (miroirs à large bande passante, miroirs à double bande). Pour les longueurs d'ondes comprises entre 35 nm et 50 nm nous avons développé des multicouches à base de scandium. Cette étude a permis d'obtenir des multicouches avec de forts pouvoirs réflecteurs et une bonne stabilité temporelle. La stabilité de ces empilements a pu être améliorer à l'aide de l'insertion aux interfaces de couches barrières

Ce travail de thèse porte sur l'étude optique de nanofils de GaN et de microcavités d'AlN contenant des boîtes quantiques de GaN. La largeur de raie de l'exciton lié au donneur neutre dans le spectre de photoluminescence des nanofils de GaN crûs par épitaxie par jets moléculaires met en evidence l'homogénéité des contraintes dans le matériau. S'ils ne présentent aucun confinement excitonique, la géométrie filaire permet une relaxation efficace des contraintes et permet d'étudier précisément le bord de bande du GaN relaxé en phase cubique. Par ailleurs, nous infirmons l'attribution de la transition à 3.45 eV observée dans le spectre des nanofils de GaN wurtzite à un satellite à deux électrons. En effet, les règles de sélection de son dipôle, ainsi que son évolution sous champ magnétique intense, montrent que cette transition n'a pas les propriétés d'un satellite à deux électrons. Nous avons également étudié la spectroscopie de microdisques d'AlN contenant des boîtes quantiques de GaN. Des facteurs de qualité record pour les cavités en AlN ont été mesurés autour de 3 eV. Des nanocavités d'AlN contenues dans des guides d'onde unidimensionnels ont également été étudiées. L'attribution de chaque mode au guide d'onde ou à la cavité, prédite par des calculs préliminaires, est confirmée expérimentalement par une localisation différente. Ces structures donnent lieu à d'excellents facteurs de qualité, de 2300 à 3.45 eV, jusqu'à 4400 à 3.14 eV. Si le facteur de Purcell attendu est très élevé (autour de 100), nous n'avons pas réussi à observer l'effet Purcell. Ceci s'explique soit par l'instabilité des modes de cavité et de l'émission des boîtes quantiques sous exposition prolongée, soit par l'importance des recombinaisons non radiatives. Enfin, il apparaît que le frein principal à l'obtention de l'effet laser dans ces structures est l'important champ électrique interne, qui ralentit l'émission spontanée des boîtes quantiques.

L'objectif de la thèse était d'étudier les propriétés structurales et dynamiques de deux systèmes biologiques, avec une approche centrée sur les techniques de diffusion de neutrons. Les premier système biologique porte sur le système de transport FHA/FhaC de la bactérie à Gramm négatif Bordetella pertussis. C'est un modèle pour le système de transport bactérien à deux partenaires (TPS), qui est largement utilisé par de nombreuses bactéries à Gramm negatif, essentiellement pour excréter des facteurs de virulence. Cette thèse comporte une analyse structurale sur le complexe chaperonneprotéine client Fha30/Par27 mais aussi une étude sur les propriétés mécaniques de Fha30, qui possède une structure particulière en hélice beta. Le deuxième système porte sur le complexe de réplication des virus de la famille des Rhabdoviridae. Outre son importance en termes de santé humaine, le complexe de réplication comporte des protéines aux propriétés qui, sur le plan structural, sont très intéréssantes, comme par exemple la phosphoprotéine qui comporte des parties structurées reliées par des parties dépourvues de structure. On trouvera dans cette thèse une étude des propriétés dynamiques des différents domaines de la phosphoprotéine, mais aussi une étude structurale sur le complexe que celle-ci forme avec la nucleoprotéine.

Ce travail de thèse a consisté à mettre en place toute une filière de fabrication de microtores en silice sur silicium (étapes de lithographie et de gravure en salle blanche pour la réalisation de microdisques, installation d'un banc optique permettant la transformation du résonateur en microtore par un procédé de recuit laser CO2), à installer un banc optique permettant de mesurer la largeur spectrale de leurs résonances optiques à 1.55 µm et enfin, à explorer l'intégration d'émetteurs de lumière composés d'éléments de la colonne IV comme du silicium et du germanium, dans ces cavités. Des microtores supportant des résonances de facteur de qualité Q proche de 10^8 à 1.55 µm ont été fabriqués. Ces réalisations sont très proches de l'état de l'art et valident à la fois la fabrication des cavités et le banc optique permettant les mesures spectrales des modes de galerie (WGM). Grâce à un contrôle fin des différentes étapes de fabrication, de nouveaux résonateurs ont également été réalisés, des microsphères de silice sur puce de petits rayons (entre 5 et 14 µm). Une étude détaillée de ces résonateurs est présentée. Des Q proches de 10^8 ont également été mesurés. Des cavités WGM comportant une couche de nanoclusters de silicium dans une matrice de silice avec des ions erbium (SiOx : Er) sont étudiées en photoluminescence. Un couplage des ces émetteurs à des WGM est observé à température ambiante dans le visible et dans l'infrarouge. Un travail de couplage du germanium aux WGM a commencé et semble prometteur.

L'imagerie par diffraction des rayons X cohérents (CDI) en condition de Bragg est utilise pour étudier la déformation de nano-objets uniques. Ceci est possible grâce au développement d'optique focalisante, comme les lentilles de Fresnel (FZP), produisant un faisceau sub-micronique coherent. Les nanostructure étudiées sont reconstruite avec des algorithmes d'inversion à partir de données de diffraction, sous la forme d'un objet complexe, ou l'amplitude correspond à la densité électronique 3D et la phase correspond a la projection de la déformation de l'objet (par rapport a un réseau cristallin parfait) dans la direction du vecteur de diffraction. Dans ce travail, nous avons étudié la déformation dans des nanofils hétérogènes (nanofil de GaAs avec une mono-couche de boîtes quantiques de InAs) et homogènes (silicium fortement contraint sur isolant (sSOI)). Lorsqu'un faisceau focalise de rayons X est utilise, 'a la fois l'amplitude et la phase de l'onde incidente doivent être connu pour une étude quantitative. Le faisceau focalise utilise pendant les expériences a été reconstruit avec la technique CDI, et les effets de cette fonction d'illumination sur l'imagerie de nanofils contraints ont été étudiés. Mots-clés: Imagerie par diffraction x cohérente, contrainte, nanofils, algorithms d'inversion.

La tomographie de fluorescence est une méthode d'imagerie préclinique et clinique permettant de localiser des traceurs fluorescents préalablement injectés ou naturellement présents dans un organisme vivant. Ce travail de thèse à consisté, dans un premier temps, à définir l'architecture et les conditions d'utilisation optimales d'un tomographe de fluorescence continu appliqué à l'observation de tissus de faible épaisseur. On s'est en particulier attaché à traiter le problème de l'observation de tissus hétérogènes et d'organes fortement absorbants. Dans un deuxième temps, pour observer des tissus de plus grande épaisseur, nous avons montré l'apport de la mesure du temps de vol moyen des photons pour améliorer la localisation d'inclusions fluorescentes. Les performances de deux types de systèmes capables de réaliser ce type de mesure ont été comparées et nous avons proposé un protocole permettant d'en optimiser les principaux paramètres. Notre procédé a été appliqué à la problématique du guidage de biopsies prostatiques. Il pourra aussi être utilisé pour visualiser d'autres pathologies moyennant une simple adaptation.

La récente découverte de supraconductivité dans les pnictures de fer ouvre un nouveau champ d'investigation du mécanisme d'appariement des électrons donnant lieu à des hautes températures critiques. Dans ces systèmes, le magnétisme et la supraconductivité sont des phases en compétition, où le dopage x déstabilise l'ordre magnétique au profit de l'ordre supraconducteur. Un régime de coexistence entre ces deux ordres est présent pour une certaine gamme de dopage dans le composé Ba(Fe1-xCox)2As2, que nous avons étudié par diffusion inélastique de la lumière. Nous nous sommes intéressés à l'interaction entre les degrés de liberté structuraux, magnétiques et électroniques. L'étude des excitations vibrationnelles du cristal montre le fort couplage spin-phonon, à travers le dédoublement d'un mode de phonon dans les plans fer-arsenic amplifié par l'anisotropie planaire des degrés de spin, et le fort couplage électron-phonon, via l'asymétrie significative du mode de phonon de l'arsenic. L'évolution du continuum des excitations électroniques à travers la transition magnétique et supraconductrice traduit, d'une part, l'ouverture du gap d'onde de densité de spin, et d'autre part, que le gap supraconducteur est de symétrie s-anisotrope. Après avoir identifié séparément l'impact de chacune des transitions magnétique et supraconductrice sur nos spectres, nous nous sommes intéressés au régime de coexistence entre les deux ordres. Nos résultats illustrent une compétition pour les mêmes états électroniques au niveau de Fermi entre ces deux ordres, qui s'établissent sur différentes zones de la surface de Fermi.