Le mécanisme de Higgs, introduit en 1964, propose une solution à un problème majeur du modèle standard de la physique des particules : l'origine de la masse. Ce mécanisme prédit l'existence d'un boson scalaire, de masse non prédite par la théorie et qui n'a encore jamais été observé expérimentalement (Juin 2012). Le Tevatron, un accélérateur hadronique basé à Fermi National Accelerator Laboratory près de Chicago, a permis la prise de données à l'aide des deux détecteurs CDF et DØ depuis 1983 jusqu'en septembre 2011. Accumulant une statistique de près de 10fb-1 à analyser. La production associée du Higgs et d'un boson vecteur est le canal principal de recherche pour un Higgs standard léger. A l'aide des données collectées par DØ, nous recherchons ce mode de production. La production du boson de Higgs étant très rare, nous avons développé des techniques sophistiquées de manière à améliorer la sensibilité au signal, telles que l'identification des jets de quarks beaux ou encore des méthodes basées sur des discriminants multivariés. Au final, une approche statistique nous permet de poser une limite supérieure sur le taux de production du Higgs observé (resp. attendu) rapporté aux prédictions du modèle standard. Les résultats obtenus dans le canal WH avec la statistique finale de l'expérience DØ au Tevatron sont de 3.15 (resp. 3.97) pour un boson de Higgs de 115 GeV/C2.

Pour combiner les bonnes propriétés mécaniques des matériaux métalliques et obtenir des surfaces bioactives, des revêtements de phosphate de calcium (Ca-P) ont été développés. Le but est d'améliorer la biocompatibilité et la bioactivité du système et créer une barrière contre l'éventuelle libération d'ions toxiques du substrat métallique. Notre démarche a été de développer une nouvelle voie de synthèse. Après un polissage mécanique et décapage chimique du substrat de Titane ou Ti-6Al-4V une couche intermédiaire en titanate de sodium a été obtenue par un prétraitement alcalin sur les substrats. Elle a été ensuite soumise à un traitement thermique afin de créer une couche alvéolaire nanométrique. Celle-ci facilite la croissance une couche de phosphate de calcium par voie autocatalytique d'une manière similaire au procédé de formation de l'os naturel. La caractérisation et l'étude des revêtements des Ca-P obtenus par les trois bains (acides, alcalins et oxydant) sur les substrats métalliques ont été réalisés. Les dépôts ont été étudiés d'un point de vue structural et morphologique. La stabilité des couches de Ca-P a été mesurée dans le fluide corporel (SBF) pour des périodes différentes utilisant des analyses biochimiques. En conclusion, cette méthode est une solution peu coûteuse, fiable, et utilisable à l'échelle industrielle. La couche de Ca-P aussi bien que le titanate de sodium obtenus peuvent permettre d'être imprégnés par des agents actifs comme un ou plusieurs agents antibactériens.

Le LHC au CERN, qui est le collisionneur le plus puissant au monde, a été construit pour découvrir le boson de Higgs ainsi que des signaux de nouvelle physique. Mais au-delà de ces découvertes, les expériences auprès du LHC ont accumulé (et vont continuer à accumuler) une grande quantité de données qui pourront être utilisées pour accroître notre connaissance de la ChromoDynamique Quantique (QCD). Cette thèse est dans cette dernière ligne, elle contient deux parties qui utilisent des variables de corrélations pour contraindre les différentes entrées non perturbatives. La première partie concerne les contraintes pouvant être mises sur les fonctions de fragmentation (FF) en utilisant des variables de corrélation dans la production de hadron + jet. Les entrées non perturbatives pour les récentes FF ont été extraites des donnée e^+ e^- de LEP. Ces données mettent des contraintes sur les FF à petites valeurs de la variable de fragmentation x (x < 0.7), mais n'en donnent pas pour des grandes valeurs de x. Pour cette raison, les comportements des jeux de FF diffèrent de façon importante pour des grandes valeurs de x. Une analyse à l'approximation au-delà de l'ordre dominant (NLO) des corrélations hadron-jet dans les collisions p-p au LHC a été menée. Nous avons considéré deux cas : la corrélation entre un hadron et le jet de recul, et la corrélation entre un hadron et le jet qui le contient. Ces deux cas donnent des résultats similaires. Nous montrons que la production inclusive de hadrons chargés à l'intérieur d'un jet est une observable discriminante qui permet de différencier les différents jeux de FF disponibles. Nous étudions aussi le cas où l'on utilise des hadrons identifiés (kaons, protons). La deuxième partie concerne l'étude de la production associée de photon + jet de saveur lourde dans les collisions hadroniques au LHC et au Tevatron. Cette section efficace peut être utilisée pour contraindre les densités partoniques de saveurs lourdes dans le proton. Une étude antérieure avait montré qu'il y avait un grand désaccord entre les prédictions théoriques et les données expérimentales dans le cas de la production associée d'un photon et un jet de saveur charmée au Tevatron. Nous présentons trois façons de calculer cette section efficace dépendant de la manière dont est détecté le jet de saveur lourde. La première façon, appelée méthode de la masse invariante, a été utilisée pour retrouver les précédents résultats, la deuxième, appelée algorithme en kt avec saveur, utilise un algorithme de jet avec saveur qui permet de reconstruire des observables qui sont insensibles au domaine infrarouge. La troisième façon, appelée approche FF, utilise des fonctions de fragmentation de partons en hadrons de saveur lourde, la taille du jet est prise en compte à travers l'échelle de factorisation de l'état final. Les prédictions utilisant les trois façons sont données à l'approximation NLO en QCD perturbative. Elles ont été implémentées dans un programme construit à partir de JetPhox. En utilisant l'approche masse invariante, nous retrouvons les résultats précédents. Ces résultats sont comparables à ceux obtenus en utilisant l'approche algorithme en kt avec saveur. Ces deux méthodes donnent des résultats théoriques qui sont trop bas comparés aux données expérimentales du Tevatron pour une saveur charmée. L'approche FF prédit une section efficace différentielle par rapport à l'impulsion transverse du photon (pt) d'environ 1,8 à 2,7 fois plus grande que celle obtenue en utilisant l'approche masse invariante pour des pt de 80 à 110 GeV au Tevatron. Ce résultat est en bon accord avec les données expérimentales. Des prédictions sont aussi présentées pour l'énergie du LHC utilisant les trois façons de calculer pour une saveur charmée ou belle.

This thesis focuses on the heterogeneous growth optimization of III-V nanostructures on Si (001) substrate displaying a miscut toward [110]. The main purpose concerns the integration of efficient light sources on Si substrate for high-speed optical interconnects inter-and intra-chip, as a cornerstone for the development of optoelectronic integrated circuits (OEIC).First, this study focuses on the optimisation of nitrogen incorporation in GaPN on GaP(001) substrate, while reachingthe lattice-matching condition with Si. This study is also interesting for the growth of any GaPN-based dilute nitridecompounds, such as GaAsPN, which are very attractive for long wavelength laser applications and high-efficiency photovoltaic applications on Si substrates. In a second step, we studied the growth of an active layer based on (In,Ga)As quantum dots (QD) on GaP (001) substrate. These QD display a high density and good uniformity in size. Room temperature photoluminescence is also obtained on these QD, which is very promising for the fabrication of integrated optoelectronic sources on a silicon substrate. In the third part, this study focuses on the homoepitaxial growth of Si by UHV/CVD necessary to bury residual contaminants initially present on the Si surface, and to obtain a Si surface suitable for the subsequent heteroepitaxial growth of optimal structural quality GaP layer. This includes the formation of double atomic steps, by step bunching and favors by the substrate miscut, in order to limit the structural defects. Finally, the GaP/Si interface is optimized, while obtaining a flat GaP surface and a minimum defects density. A methodology to quantify the structural defects (anti-phase domains, micro-twins) by X-ray diffraction using Synchrotron and laboratory sources is presented. This study reveals an anisotropic behavior of the micro-twins, linked to the miscut direction of the Si substrate, and a dramatic reduction of the micro-twins density at high growth temperature. The growth of thin GaP layers on Si substrates, with thickness less than the critical one and obtained with a purposely dedicated growth cluster composed of a Si UHV/CVD chamber connected under UHV with a III-V MBE chamber, shows a significant reduction of the structural defects and provides a GaP/Si pseudo-substrate with a flat surface suitable for subsequent growth of efficient light sources.

La thèse a porté sur l'étude par spectroscopie magnéto-optique de boites quantiques magnétiques et de nanofils semiconducteurs. Ces nanostructures à base de semiconducteurs magnétiques dilués sont élaborées et étudiées dans l'équipe depuis une quinzaine d'année. L'intérêt de ces structures repose sur la possibilité de contrôler et d'étudier très finement le couplage d'un petit nombre de spins localisés avec des porteurs libres. La première partie de la présente thèse a porté sur l'étude des conditions de formation de polarons magnétiques (orientation d'un petit ensemble de spins par l'intermédiaire d'un porteur ou d'une paire électron-trou) dans des boites quantiques CdMnTe. La formation de polarons magnétiques encore assez mal comprise avec les systèmes 0D tels que les boites quantiques auto-assemblées. Une série d'échantillons originaux de boites quantiques magnétiques auto-assemblées (concentration en manganèse intermédiaires) a été élaborée par épitaxie par jets moléculaires dans l'équipe. L'étude de ces échantillons pendant la thèse a permis d'étudier pour la première fois la formation de polarons magnétiques avec des boites quantiques magnétiques chargées négativement par spectroscopie magnéto-optique. La deuxième partie de la présente thèse a porté sur l'étude de nanofils semiconducteurs de boites quantiques insérées en nanofils. Ce projet vise à insérer et étudier des boites quantiques magnétiques dans des nanofils semiconducteurs (ANR Magwires).

Le graphène est un matériau constitué d'une seule couche atomique de carbone et représente un sujet majeur de la physique de la matière condensée. Le graphène possède de nombreuses propriétés remarquables : structure électronique décrite par une equation de Dirac sans masse, forte mobilité électronique, effet Hall quantique anormal, résistance ,rigidité et conductivité thermique élevée. Cette these concerne la structure électronique et le transport dans le graphène. Nous considérons en particulier le cas des bicouches tournées de graphène. Ces systèmes ont été découverts en particulier dans le graphène produit sur le carbure de silicium et présentent des propriétés originales par rapport aux bicouches dans l' empilement AB qui existe par exemple dans le graphite. Nous analysons au moyen d'une théorie perturbative et aussi par des approches numériques la densité d'états dans ces systèmes.Nous montrons que la densité d'états présente des oscillations avec la même période que celle du Moiré produit par ces bicouches. Nous analysons aussi le rôle des défauts sur les propriétés de transport en particulier dans le cas ou les défauts sont répartis uniquement sur une des deux couches. Ici aussi notre approche combine théorie perturbative du couplage interplans et approches purement numérique en liaisons fortes. Nous considérons aussi le role joué par les adatomes comme l'hydrogène par exemple. Nous analysons la modification de la densité d'états induite autour de l'adatome et les variations correspondantes de densité de charge et de potentiel électrostatique. Ces systèmes tendent à produire des états resonants près de l'énergie de Dirac qui dependent beaucoup aussi de la position top ou hollow de l' adsorbat. Pour des orbitales de type "s" la resonance est plus marquée si l'adatome est en position hollow. Nous montrons que l'image par experience STM (microscopie à effet tunnel) depend beaucoup de la distance entre l'adsorbat et la pointe du STM. Dans un régime de champ proche la résonance de l'adsorbat peut même apparaître comme un creux dans le signal dI/dV du STM.

ZnO is a wide band gap semiconductor material, which has a band gap of 3.37 eV at room temperature, its most important characteristic is the high exciton bounding energy of 60 meV. Based on these characteristics, ZnO has potential applications in short wavelength photoelectric devices. The dissertation develops the following creative research on the problems of the growth controlled ZnO nanostructures, design and preparation of nanodevices. Exploring chemical vapor deposition method, through controlling the oxygen flux, the conversion from 1D to 2D growth was realized, thus ZnO nanobolt arrays were obtained; exploring hydrothermal method, through adjusting the size of the seed particle and solution concentration, ZnO nanowires with different size were obtained. The stimulated emission were observed with threshold of 96 KW/cm2 excited by femtosecond laser in the optically pumped aligned ZnO nanowires; in order to lower the threshold of the stimulated emission, Pt layer as a high reflectivity mirror was fabricated on Si substrate, optical loss has been effectively decreased, thus the threshold of the stimulated emission was further lowered to 17.3 KW/cm2 for the optically pumped ZnO nanowires. The ZnO microcrystalline film obtained by hydrothermal method with multiple growth present periodically arranged structure with parallel sides. The electrically pumped single mode lasing emission located at 407 nm with FWHM of 0.7 nm was obtained based on ZnO microcrystalline film /p-GaN heterojunction. Closely packed ZnO nanowire array was fabricated on Si substrate by magnetron sputtering method, the visible and UV dual bands alternative photo-detection was realized through adjusting forward and reverse bias.

Optical metamaterials are artificial media that exhibit new properties from structuring on the nanometric scale. One of the main researches in metamaterials investigates materials with negative refractive index, which can allow the development of perfect lens and other exciting potential applications. In this thesis, we theoretically study the properties of negative-index optical fishnet metamaterials, especially the origin of their negative-valued refractive index, and also associated theoretical problems. The thesis can be divided into 4 parts. In the first part we study the light scattering at an interface between air and a semi-infinite fishnet metamaterial. With a fully-vectorial numerical method, we calculate the scattering coefficients of the interface and find that the energy transport inside the fishnet is due to a single Bloch mode, the fundamental one. Based on the single-interface scattering coefficients and the effective index of this Bloch mode we propose a new algorithm for retrieving effective optical parameters of the metamaterial. The approach emphasizes the key role played by the fundamental Bloch mode and provides retrieved parameters that are more accurate or stable than those obtained by classical methods based only on light reflection and transmission through finite-thickness metamaterial slabs. Due to the importance of the fundamental Bloch mode in the light transport in metamaterials, in the second part, based on the Bloch mode orthogonality we derive closed-form expressions for the scattering coefficients at an interface between two periodic media with slightly different geometrical parameters, which is a computationally demanding electromagnetic problem. We show that the analytical expressions are very accurate for various geometries, including dielectric waveguides and metallic metamaterials. Thus they can be useful for designing and engineering stacks of periodic structures. As shown in the first part, the fundamental Bloch mode is central to explain the negative refraction phenomenon in fishnet metamaterials. In the third part, we derive an accurate semi-analytical model for the complex propagation constant of the fishnet fundamental Bloch mode. This is achieved by analyzing light propagation and scattering inside the fishnet. The model shows that the origin of broad-band negative index of fishnets can be mainly understood as a plasmon resonance in the transversal metal-insulator-metal (MIM) channels. The plasmon resonance enhances the 'magnetic' response of fishnet and the losses associated to this resonance can be compensated by including gain in the dielectric layers of the fishnet. Furthermore, the model allows an easy and precise geometrical tailoring of fishnet metamaterials. As shown in the third part, it is the plasmon resonance in metal-insulator-metal (MIM) structures that induces the negative index of fishnet metamaterials. In the last part, we study the asymptotic behavior of 3D MIM nanoresonators, as the resonator size is shrunk below the diffraction limit. In particular we show that the quality factor increases from 10 to 100 when the resonator volume is scaled down from (λ/2n)3 to (λ/50)3. We provide a comprehensive study with a semi-analytical Fabry-Perot model. The model remains accurate over the whole size scale even in the quasi-static regime for which retardation effects are not expected. This important and counterintuitive result indicates that both localized plasmon resonances in nanoparticles and delocalized resonance in elongated plasmonic nanowires can be possibly understood as a wave-retardation based antenna problem.

Un effort mondial existe actuellement dans le but de réaliser un ordinateur quantique. Un tel dispositif permettrait d'implémenter des algorithmes plus rapides que les algorithmes classiques pour certaines tâches (recherche dans des bases de données, factorisation d'entiers). Il permettrait également de simuler des systèmes quantiques de manière beaucoup plus efficace qu'un ordinateur classique. L'obtention de ce gain en puissance nécessite d'intriquer un grand nombre de bits quantiques (qubits). Celle ci suppose de pouvoir déplacer un qubit d'un point à un autre de l'espace. Dans cette thèse, nous démontrons une première étape vers le déplacement d'un qubit de spin électronique : un électron unique est déplacé, à la demande, entre deux boîtes quantiques distantes de quelques microns. Le transport est réalisé à l'aide d'une onde acoustique de surface qui entraîne l'électron. Le transfert a été réalisé avec une efficacité de 90 % et déclenché à la nanoseconde. Ces résultats ouvrent la voie à la réalisation d'expériences d'optique quantique électronique avec une détection évènement par évènement. L'envoi d'un électron sur deux initialement présents ouvre la voie à la génération de paires d'électrons distants et intriqués.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'étude à basse température de dispositifs en silicium de taille nanométrique. Dans ces dispositifs, il est possible de faire passer le courant électrique à travers un nombre réduit de dopants. Nous avons étudié plus spécifiquement le cas de deux dopants en séries, dont les potentiels électrostatiques sont contrôlés indépendamment par deux tensions de grille. En régime de transport électronique statique, il est possible d'effectuer une spectroscopie des niveaux électronique des dopants. On mesure la séparation des deux premiers états de dopants phosphore, qui est proche de 10 meV, alors qu'elle est de 11,7 meV pour des dopants dilués dans un cristal massif. Cette différence s'explique par la proximité des dopants avec une interface avec de l'oxyde de silicium. En régime dynamique, lorsque les niveaux des dopants sont modulés par un signal périodique, on observe qu'un courant est généré par le dispositif. L'évolution du courant en fonction des tensions de grille est simulée en prenant en compte les couplages tunnels du système. À haute fréquence, lorsque l'on observe la quantification d'énergie électromagnétique échangée avec le système, on reproduit le courant mesuré en fonction de l'amplitude du signal appliqué sur les grilles. Cette mesure permet de mettre en évidence la cohérence d'un électron partagé sur deux dopants.