Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique : Villeneuve d'Ascq, Ecole centrale de Lille : 2006. / Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre.

Le potentiel de valorisation, aussi bien pour l'alimentation animale que pour la production bioénergétique, du maïs est limité par la lignification et la réticulation des parois. L'amélioration de la dégradabilité enzymatique des lignocelluloses est un objectif important. Nous nous sommes attachés dans ce travail à l'étude approfondie de la mise en place de la lignification dans la paroi chez le maïs ainsi qu'aux facteurs biochimiques et anatomiques pariétaux qui peuvent avoir un impact sur la dégradabilité des parois. Dans la première partie de ma thèse, 8 lignées recombinantes de maïs ont été sélectionnées sur la base d'une teneur en lignine comparable pour évaluer l'impact des facteurs biochimiques sur la dégradabilité des parois et sur les performances agronomiques des maïs. Ces lignées recombinantes et leurs parents ont été analysés biochimiquement de façon approfondie. Le rendement β-O-4 au sein des lignines et la teneur en acide p-coumarique estérifié sont les deux facteurs les plus corrélés négativement et significativement à la dégradabilité des parois. Une analyse par régression multiple a montré que plus de 80% des variations de la dégradabilité de paroi, dans ces dix lignées, sont expliqués par un modèle retenant comme meilleurs régresseurs la teneur en lignines combinée au pourcentage d'unité S acylées par l'acide p-coumarique. L'étude morphologique que nous avons réalisée nous a montré que les facteurs biochimiques limitant la dégradabilité de paroi peuvent par contre s'avérer favorables pour assurer la performance agronomique de la plante via des mécanismes de plasticité pariétale. Cependant et de façon très encourageante, nous avons aussi montré qu'il était tout à fait possible de retenir du matériel amélioré en termes de qualité de paroi et qui conservait de bonnes performances agronomiques. Dans la deuxième partie de ma thèse, nous avons étudié le schéma de mise en place des parois au cours du développement des plantes pour des lignées présentant des teneurs en lignine comparables au stade ensilage mais des dégradabilités de parois contrastées. Nous avons caractérisé biochimiquement les entrenoeuds au cours du développement. En parallèle, nous avons développé une méthode de quantification de la variation de distribution spatiale des lignines au long de la coupe afin de compléter notre étude au cours du développement par une caractérisation histologique détaillée. D'un point de vue temporel, les différentes composantes pariétales sont incorporées graduellement, en fonction du stade de développement. Trois étapes majeures de développement ont été identifiées. D'un point de vue spatial, au sein de l'entrenoeud, le développement des parois est différent selon les régions. Une importante variabilité génétique a été observée pour le développement sur ces deux axes et ces variations sont associées à la variation de la dégradabilité de paroi. L'ensemble des résultats de ce travail est discuté d'une part en termes de contribution à la compréhension de la lignification des parois ainsi qu'à l'impact des différents facteurs biochimiques et histologiques sur la dégradabilité et d'autre part en termes d'application afin de proposer des solutions pour améliorer de la qualité des parois.

Depuis plusieurs années, l'une des problématiques sociétales est de diminuer les émissions de polluants et de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Le secteur du transport terrestre est directement concerné par ces considérations. Le moteur Diesel semble promis à un bel avenir grâce à son rendement supérieur à celui du moteur à allumage commandé, conduisant à de plus faibles rejets de CO2. Cependant, sa combustion génère des émissions d'oxyde d'azote (NOx) et de particules dans l'atmosphère. Les normes anti-pollution étant de plus en plus sévères et les incitations à diminuer les consommations de carburant de plus en plus fortes, le moteur Diesel est confronté à une problématique NOx/particules/consommation toujours plus difficile à résoudre. Une des voies envisagées consiste à modifier le mode de combustion afin de limiter les émissions polluantes à la source tout en conservant de faibles consommations. La voie la plus prometteuse est la combustion HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) obtenue par injections directes précoces. Plusieurs limitations critiques doivent cependant être revues et améliorées : le mouillage des parois par le carburant liquide et le contrôle de la combustion à forte charge. Le but de cette thèse est ainsi de mieux comprendre les phénomènes mis en jeu lors de la combustion HCCI à forte charge obtenue par des multi-injections directes précoces. Une méthodologie a été mise au point afin de détecter le mouillage des parois du cylindre, ce qui a permis de comprendre l'effet du phasage et de la pression d'injection sur cette problématique. Une stratégie optimale de multi-injections permettant d'atteindre une charge élevée sans mouiller les parois a ainsi été développée et choisie. Nous avons ensuite pu mettre en évidence le potentiel de la stratification par la dilution en tant que moyen de contrôle de la combustion en admettant le diluant dans un seul des 2 conduits d'admission. Des mesures réalisées en complémentarité sur le même moteur mais en version 'optique', ont permis, à partir de la technique de Fluorescence Induite par Laser, de montrer que concentrer le diluant dans les zones réactives où se situe le carburant permet un meilleur contrôle de la combustion, ce qui permet d'amener le taux de dilution a des niveaux faisables technologiquement.

Thèses (M.Sc.A.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2002. / Titre de l'écran-titre (visionné le 30 août 2006). Publié aussi en version papier.

La recherche de nouveaux matériaux absorbant les ondes électromagnétiques dans le domaine des hyperfréquences est devenue un enjeu majeur avec le développement croissant des moyens de communication et, corrélativement, le besoin de se prémunir efficacement contre la « pollution » électromagnétique (protection des équipements et des personnes). Dans ce manuscrit, nous nous intéressons à un matériau composite anisotrope constitué d'une matrice polymère chargée en particules ferromagnétiques aplaties appelées pétales. Ce type de composite suscite actuellement un intérêt grandissant dans la communauté grâce aux nombreux avantages qu'il présente (ajustement de la bande d'absorption en fonction de la nature et du rapport de forme des charges, faible épaisseur du revêtement). Le champ de cette étude s'est voulu relativement large afin d'avoir une vue d'ensemble des problématiques liées à ces composites à base de pétales et cela à plusieurs échelles. Dans un premier temps, une étude originale a été menée sur le pétale seul. Après des travaux préliminaires portant sur l'élaboration des pétales et leurs propriétés morphologiques, des caractérisations magnétiques statiques et dynamiques ont été réalisées sur un pétale unique. Le spectre de perméabilité obtenu met en évidence trois résonances. Une étude complémentaire menée sur des objets de mêmes dimensions élaborés par PVD et structurés par FIB a permis, par analogie, d'attribuer ces trois résonances respectivement aux domaines, aux parois et au vortex joignant les parois. Dans un second temps, une étude approfondie a été menée sur le composite complet. L'adaptation de la technique de perméamétrie par perturbation de spire a rendu possible la caractérisation fine et complète de matériaux composites épais avec ou sans champ magnétique statique appliqué et pour différentes directions de pompage. Celle-ci a permis de confirmer l'origine des différentes résonances malgré le désordre structurel caractéristique des milieux composites. Pour finir, une étude à vocation plus applicative a été réalisée établissant le lien fort entre la microstructure (porosité, orientation et taille des particules) et les propriétés électromagnétiques du composite. Le potentiel industriel, tant d'un point de vue de l'élaboration que des performances, a pu être démontré. / Research on new microwave absorbing materials has become a major issue with the growing development of wireless communications and, accordingly, the need to shield effectively from the electromagnetic "pollution" (protection of equipment and persons).In this manuscript, we focus on an anisotropic composite consisting of aligned ferromagnetic flakes embedded in a nonmagnetic matrix. There is currently a growing interest for this kind of composite in the community due to the many benefits it provides (adjustment of the absorption band as a function of both nature and flakes aspect ratio, thin composite coating). The scope of this study was deliberately relatively large in order to get an overview of issues related to these flakes composites at several scales. At first, an original study was conducted on a single flake. After preliminary work on the development of flakes and their morphological properties, static and dynamic magnetic characterizations were performed on a single flake. The permeability spectrum obtained shows three resonances. A complementary study on objects of the same size, produced by PVD and structured by FIB has, by analogy, attributed these three resonances to respectively, domains, domains wall and an embedded vortex (vortex linked with several domains walls).In a second step, the evolution of the shorted microstrip permeametry technique made possible the detailed and complete characterization of thick composites with or without a static magnetic field applied in different directions and for various pumping directions. This confirmed the origin of the different resonances despite the characteristic structural disorder of composite media.Finally, an applicative study was conducted establishing the strong link between the microstructure (porosity, particle size and orientation) and the electromagnetic properties of the composite. Taking into consideration both elaboration and performance point of views, the industrial potential of this composite has been demonstrated.

Ce mémoire présente des techniques tout-optiques visant à préserver les paramètres physiques d’un signal télécom au cours de sa propagation dans une fibre optique de plusieurs kilomètres, tels que son état de polarisation, son profil d’intensité et son spectre. Il se compose en deux majeures parties.La première présente tout d’abord l’attraction de polarisation, ayant lieu au cours de l’interaction entre deux faisceaux contrapropagatifs, et qui permet d’imposer un état fixe de polarisation au signal à la sortie de la fibre indépendamment de son état initial. Des applications tout-optiques basées sur l’Omnipolariseur, un dispositif mis au point à Dijon et permettant le contrôle de ce phénomène non linéaire, sont ensuite développées. Elles fonctionnalisent l’état de polarisation d’un signal OOK-RZ à 10 Gbit/s pour mettre au point une mémoire optique à bascule, un routeur, un brouilleur chaotique, et une technique de copie/dissimulation de paquets de données dans une fibre spun de 5 km.La deuxième réalise la première démonstration expérimentale des parois de domaines de polarisation qui annulent les effets dégradant les profils d’intensité et spectral d’un signal codé au cours de sa propagation. Ce phénomène provient du couplage non-linéaire entre les deux modes de polarisation orthogonaux d’une lumière qui se propage dans un milieu Kerr en régime normal de dispersion, et provoque une modulation en opposition de phase des deux modes le long de la fibre. Il est possible de verrouiller deux trains d’impulsions optiques d’intensité complémentaire de sorte à ce que les impulsions ne subissent plus les effets de distorsion intervenant au sein de la fibre afin de conserver l’information à transmettre. Ainsi une propagation sans distorsion a pu être réalisée sur 50 km. / The second performs the first experimental demonstration of the polarization domain walls which cancel the effects which degrade the intensity and spectral profile of a telecom signal during propagation. This phenomenon comes from non-linear coupling between the two orthogonal polarization modes of light propagating in a Kerr medium in normal dispersion regime, and causes a modulation in phase opposition of the two modes along the fiber. It is possible to lock two optical pulse trains complementary intensity so that the pulses do not suffer the effects of distortion occurring in the fiber in order to maintain the information to be transmitted. And a distortion-free propagation was achieved on 50 km.

Les parois des cellules végétales sont des structures formées de divers polymères polysaccharidiques et de nombreuses protéines. Ces structures possèdent un fort dynamisme assuré par l'action spécifique des protéines pariétales (CWP). Parmi ces CWP, se situent les peroxydases de classe III (CIII Prx) formant une famille multigénique de 73 membres chez la plante modèle Arabidospis thaliana. Les CIII Prxs assurent de nombreux rôles dans le développement et les interactions avec l'environnement mais seuls de rares études ont pu attribuer une fonction précise à un membre individuel de la famille. Ceci est probablement du à la faible spécificité de ces enzymes in vitro et à la possible redondance fonctionnelle obligeant à considérer des études in situ-in vivo et l'utilisation de mutants multiples. Dans ce contexte, le premier objectif de cette thèse était d'établir un atlas d'expression spatiotemporelle par hybridation in situ (HIS) utilisant le développement de la graine d'A. thaliana comme modèle. Ce travail s'est appuyé sur une étude de micro-transcriptomique récemment publiée, permettant d'établir des comparaisons avec nos résultats d'HIS. Ils ont montré une complémentarité entre les deux approches et permis (1) d'établir des seuils de valeurs de transcriptomiques compatibles avec la sensibilité de l'HIS et (2) de définir des candidats d'intérêt présentant des profils d'expression spatiotemporelle suggérant des fonctions précises. Le deuxième objectif de cette thèse a été de caractériser fonctionnellement l'un de ces candidats (AtPRX36). Nous avons pu démontrer le rôle de cette protéine dans le contrôle du relargage du mucilage polysaccharidique lors de l'imbibition de la graine. Nos résultats suggèrent que l'ancrage localisé de cette protéine est assuré par un microdomaine pectique d'homogalacturonane globalement méthylestérifié formé par l'action d'un inhibiteur de une pectine méthylestérase (PMEI6), et permet un rôle d'AtPRX36 dans le relâchement polarisé de la paroi au niveau de ce microdomaine délimitant la zone de rupture des graines lors de l'imbibition. / Plant cell walls are complex structures, mainly composed of a large number of polysaccharides and proteins. The cell wall (CW) is a highly dynamic compartment which is remodeled by specific cell wall proteins (CWP). Among these CWP, the plant specific class III peroxidases (CIII Prxs) are a multigenic family of 73 members in Arabidopsis thaliana. CIII Prxs are involved in plant development but also in the interaction of the plant with its environment. However, only a few studies describing the exact function of individual members of this multigenic family have been published. This can be due to the weak in vitro substrate specificity of these enzymes and their possible functional redundancy, forcing to characterize their function in situ-in vivo and the use of multiple mutants. In this context, the first goal of my thesis was to establish the fine cellular spatio-temporal expression atlas of CIII Prxs throughout the seed development of Arabidopsis thaliana with an in situ hybridization (ISH) approach. This expression work (ISH) was partially permitted thanks to a recent published micro-transcriptomic study which allowed to compare both expression results (ISH vs micro-transcriptomic). This comparison showed that both techniques are complementary and it allowed to; (1) set a threshold for the ISH detection limit based on micro-transcriptomic expression values, and (2) to define specific spatio-temporal expression pattern that helps to select CIII Prx candidates for functional study. The second objective was to characterize the function of one of these CIII Prxs candidates (AtPRX36). We were able to determine the role of AtPRX36 during mucilage extrusion of imbibed seeds.Our results suggest that AtPRX36 is anchored within a globally methylesterified pectins CW micro-domain, putatively formed by the action of a pectin methylesterase inhibitor (PMEI6). This CW micro-domain is needed for the CW loosening action of AtPRX36 to permit CW polarized rupture during seed imbibition.

Le caractère ultra-mince de couches magnétiques y exacerbe les effets d’interfaces. Dans ces systèmes, l’interaction d'échange dite "de Dzyaloshinskii-Moriya" (DMI) est autorisée par la brisure de symétrie d'inversion inhérente aux interfaces. Contrairement à l’interaction d’échange de Heisenberg, la DMI favorise une rotation de l’état d’aimantation, et ce avec une chiralité donnée. L'existence de la DMI dans les films ultra-minces était jusqu’à récemment sujette à débat, de sorte qu'il est apparu nécessaire de la quantifier et de caractériser ses manifestations observables. En partenariat avec le National Institute of Materials Science, le laboratoire Aimé Cotton et le laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux, j'ai caractérisé l’interaction de Dzyaloshinskii-Moriya dans des films de CoFeB/MgO avec différentes couches tampons. Ce système matériau d’intérêt technologique reste suffisamment simple pour permettre une modélisation sans équivoque. Les méthodes utilisées recouvrent le déplacement de paroi de domaine dans un régime de reptation par microscopie magnéto-optique, la cartographie des champs de fuite de paroi par centre NV et la spectroscopie d’onde de spin par diffusion Brillouin. Quand l’interaction de Dzyaloshinskii-Moriya est relativement faible, ces différentes méthodes s'accordent quant à son amplitude et son signe. Néanmoins dans le cas général, les différentes façons de mesurer de l’interaction de Dzyaloshinskii-Moriya ne convergent pas vers des valeurs consensuelles. Pour comprendre ces différences, j’ai modélisé le comportement des parois de domaine sous champ planaire. J’ai montré qu’il existe un domaine en champ planaire où l’interaction de Dzyaloshinskii-Moriya déstabilise les parois rectilignes en formant préférentiellement des parois en Zigzag. L’élasticité des parois de domaine en est dramatiquement modifiée. Le champ dipolaire dans les parois de domaine amplifie ce phénomène. La reptation de paroi nécessite aussi la bonne compréhension du piégeage des parois de domaine. J’ai développé un modèle permettant d’estimer les champs de dépiégeage en fonction des différents paramètres matériau. Ce modèle permet aussi d’expliquer le comportement à haute fréquence des parois dans les échantillons en présence de défauts d’anisotropie variable. / In ultrathin ferromagnetic layer all interfacial effects are strongly enhanced. In these systems the so-called “Dzyaloshinskii-Moriya” exchange interaction (DMI) is allowed due to the inversion symmetry breaking at the interface. Unlike the Heisenberg exchange interaction, the DMI promotes rotation of the magnetization with a given chirality. Until recently, the DMI in ultrathin layer was a matter of debate and it has been needed to quantify and characterize its effects on the magnetization. In close relation with the National Institute of Materials Science, the laboratoire Aimé Cotton and the laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux, I have characterized the Dzyaloshinskii-Moriya interaction in CoFeB/MgO films with different underlayers. This materials system presents a technological interest while keeping a low complexity for models its dynamics easily. The diverse used methods cover the field driven creep dynamic observed by Magneto-Optical Kerr Effect microscopy, the mapping of dipolar field by NV-center magnetometer and the spin wave spectroscopy measured Brillouin Light Scattering. When the DMI is relatively weak these different methods are in accordance with its sign and its order of magnitude. However the different methods do not converge to similar DMI values. I used a model to understand the behavior of domain wall under in-plane magnetic field. I have shown that there is an in-plane field range where the DMI destabilize a straight domain wall while stabilizing Zig-Zag walls. The elasticity is then dramatically modified. The dipolar energy enhances this phenomenon. The domain wall creep also needs a good understanding of the domain wall pinning. I developed a model to estimate the depinning field with respect to the different material parameters. This model also allows explaining of the high frequency behavior of pinned domain wall in samples containing variable anisotropy defects.

Contrôle électrique du champ magnétique dans les films ferromagnétiques minces a attiré de grandes attentions comme une caractéristique prometteuse qui pourrait conduire à des appareils électroniques rapides, ultra-bas et non volatils. La clé pour réaliser de tels dispositifs est de modifier efficacement l'anisotropie magnétique. Dans cette thèse, le contrôle de l'anisotropie magnétique et de la dynamique des parois de domaine a été étudié dans diverses structures basées sur des films minces CoFeB et Pt / Co. Les propriétés magnétiques et diélectriques des films minces CoFeB / MgO avec une couche de recouvrement différente (Ta, HfO2, Al2O3) ont d'abord été étudiées pour trouver le matériau optimal de l'effet de champ électrique. La couche de coiffage montre un effet non négligeable sur l'anisotropie magnétique du film CoFeB et une constante diélectrique élevée de 45 est obtenue dans une structure MgO / HfO2.Un liquide ionique [EMI] [TFSI] a été utilisé pour promouvoir l'effet de champ électrique dans les films magnétiques. L'effet du champ électrique a été étudié dans le liquide CoFeB / MgO / ionique et les structures liquides ioniques CoFeB / MgO / HfO2 / ioniques. L'efficacité du champ électrique sur l'anisotropie magnétique pour ces deux structures est de 60 fJ / Vm et 82 fJ / Vm, respectivement. En attendant, le liquide ionique CoFeB / MgO / HfO2 / ionique présente une plus grande stabilité contre l'environnement et la tension, ce qui permet une commutation facile à l'axe de l'avion dans un avion. En outre, l'effet de champ électrique dans la structure liquide Pt / Co / ionique a été étudié. Un effet important et non volatil peut être observé. / This thesis focused on controlling magnetic anisotropy and domain wall dynamics in magnetic thin films. Thin CoFeB/MgO Ims with different capping layers were deposited to find suitable materials to fabricate a high performing E-field effect device. The E-field effect was studied in a Ta/CoFeB/MgO stack, a Ta/CoFeB/MgO/HfO2 stack and a Pt/Co/HfO2 stack assisted by ionic liquid gating. Large E-field effects on magnetic anisotropy were obtained and E-field effect on domain wall propagation, pining and depining were observed. The major conclusions of this thesis are listed below.Magnetic and dielectric properties of CoFeB/MgO/(Ta, HfO2 and Al2O3) havebeen studied.All studied samples show PMA with different values of HK. In as grown films,samples with Ta as protecting layer show the lowest HK. Highest HK is foundwhen capping with 30 nm HfO2 in 0.8nm (746 mT) and 1nm (218 mT) thickCoFeB films. After annealing at 290 degree, there is a general increase of HK. The largest HK of 1082 mT and 524 mT are found for 10 nm Al2O3 in 0.8 nmCoFeB samples and 1 nm CoFeB samples, respectively. HK can be varied up to 100 mT for 1 nm thick CoFeB samples and up to 220 mT for 0.8 nm thick CoFeB samples indicating a non-negligible effect of the capping layer on the surface magnetic anisotropy of thin films.A high dielectric constant of 45 is obtained in a MgO (2 nm)/HfO2 (30 nm) structure. The breakdown voltage increases with annealing temperature, however, there is a large decrease in the dielectric constant after annealing at 290 degrees. By decreasing the annealing temperature to 250 degree, the high dielectric constant can be preserved with an improved breakdown voltage. Aging effect on HK and -K2/K1 of samples with different capping layers has been studied. HK is not necessary decreasing, but inhomogeneities in the magnetic properties occur in aged samples. Aging increases -K2/K1 which could help the formation of an easy-cone state. Stability of a MgO (2 nm) layer incontact with an IL and ionic film has been studied. After recording HK for months, it has been found that a MgO/IL structure can not preserve a highmagnetic anisotropy but is able to remain relatively stable in a low anisotropy state. A MgO/ionic film structure is found to be stable since no sign of degradation was found. The stability of samples with a simple MgO (2 nm)/HfO2 structure has been tested. Ms of the sample covered with an IL and the one not covered with IL have been recorded for one month. It is found that the change is within 3% indicating a stable structure against ambient conditions and the IL.The E-field effect has been studied in the low and high PMA states of aTa/CoFeB/MgO/IL sample. PMA of the device evolves from a high PMA state to a low PMA state which can be linked to a potential increase in the oxygen content of MgO due to air exposure during fabrication and operation. In the high PMA state, domain wall velocities in the creep regime can be modulated by a factor of 4.2 and the coercive field increases by a factor of 1.3 when going from -0.8 V to 0.8V. In the low PMA state, a large modulation of the anisotropy field reaches 80 mT per V/nm with a low leakage current. The applied E-fields are seen to significantly influence DWs' pinning, depinning and nucleation processes. The results presented here show that a solid/liquid device structure based on CoFeB/MgO thin films can be an interesting approach to control magnetic properties with gate voltages below 1 V over large areas, allowing for potential parallel operation of pinning/nucleation units.The E-field effect has been studied in a Ta/CoFeB/MgO/HfO2/IL sample.

Les films magnétiques ultra-minces font partie intégrante des technologies d'aujourd'hui, comme l'illustre leur omniprésence dans de nombreuses applications courantes telles que les disques durs. A cause de leurs dimensions réduites, les propriétés magnétiques spécifiques à ces échelles conduisent à la formation de structures de spin exotiques et de taille nanométrique. Pour explorer ces matériaux en détail, nous utilisons un magnétomètre à balayage développé dans notre laboratoire et qui est basé sur un défaut de spin unique dans le diamant. Ce capteur non-invasif peut mesurer à l'échelle nanométrique à la fois le champ magnétique et la topographie, et fonctionne aux conditions ambiantes. En développant une méthode d'évaluation originale du champ magnétique, nous déterminons la structure interne de parois de domaines ferromagnétiques et quantifions la force de l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya dans des hétérostructures à couches minces. Ensuite, nous mettons en évidence le rôle clé du désordre et de l'histoire magnétique sur la stabilisation des skyrmions dans un échantillon de bicouche magnétique. Enfin, nous visualisons dans l'espace réel une spirale de spin de 70 nm de période dans le matériau multiferroïque BiFeO3 et nous manipulons sa direction de propagation avec des champs électriques. Les connaissances tirées de ces études aideront à exploiter au maximum les capacités des matériaux magnétiques à couche ultra-mince et à les mettre en œuvre dans de nouveaux dispositifs de spintronique. / Thin film magnetic materials are an integral part of today’s technology and widespread applications like the magnetic hard drive disk mirror their potential. Due to their reduced dimensions, size-specific magnetic properties induce the formation of nanoscale, exotic spin structures. To explore such materials in detail, we utilize a home-built nitrogen vacancy scanning magnetometer, based on a single defect in diamond. This non-perturbative probe combines nanoscale magnetic field- and spatial resolution and works under ambient conditions. We develop a new way to determine the inner structure of magnetic domain walls and quantify the strength of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction in thin film heterostructures. We reveal the key role of disorder and magnetic history on the stabilization of skyrmions in a magnetic bilayer sample. Finally, we reveal the 70nm-pitch spin spiral in the multiferroic bismuth ferrite in real space and manipulate its propagation direction with electric fields. The insight gained from these studies will help to exploit the full capacity of thin film magnetic materials for spintronic application.