Deposition of submonolayer coverages of 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide (PTCDI) onto NaCl(001) results in the bimodal growth of coexisting square and needle-shaped islands. The epitaxy of each island type was determined from molecular and atomic resolution non-contact atomic force microscopy (NC-AFM) images. Post-deposition, the needle islands grow while the square islands disappear completely within days. This is characterized as a dewetting transition, the dynamics of which has been described and empirically fit to the monomolecular growth model, a model typically applied to biological growth.Methods of tailoring molecular thin film morphology and maturation rate were investigated. The island surface distribution, size, shape, and rate of dewetting of submonolayer coverages of PTCDI on alkali halides may be varied by changing growth conditions such as temperature and by templating the substrate with single atomic layer deep pits or depositing gold nanoclusters to modify island nucleation. This characterization is an important step in controlling the structure of thin organic films for devices that are sensitive to nanoscale film structure.Film morphology of organic photovoltaic materials can have a dramatic influence on device performance. Building upon previous morphological studies of tailoring molecular island size and nucleation site distribution, thin films of PTDCI (an electron donor) and copper (II) phthalocyanine (an electron acceptor) molecular islands were grown under ultra high vacuum conditions. Topography and surface contact potential were simultaneously mapped in a preliminary NC-AFM and Kelvin probe force microscopy study investigating structure-function relationships in photovoltaic energy generation. / Le dépôt de sous-couche simples de 3,4,9,10-pérylénetetracarboxylic diimide (PTCDI) sur du NaCl (001) résulte en une croissance bimodale d'îles en formes d'aiguille et de carré. L'épitaxie de chaque type d'île a été déterminé par imagerie microscopique à force atomique non-contact (NC-AFM) avec des résolutions atomiques et moléculaires. Aprés le dépôt, les îles en forme d'aiguille croissent tandis que les îles de forme de carrés disparaissent complètement en quelques jours. Ceci est caractérisé par une transition de démouillage, pour laquelle la dynamique a été décrite et empiriquement ajusté au modèle de croissance mono-moléculaire, un modèle généralement appliqué aux croissances biologiques. Les méthodes d'adaptation de la morphologie des couches moléculaires minces et le taux de maturation ont été étudiés. La distribution de surface, la taille et la forme des îles, ainsi que le taux de démouillage des sous-couche simples de PTCDI sur les alkali-halides peuvent être modifiés en changeant les conditions de croissance telles que la température, en remodelant le substrat avec des trous profonds d'épaisseur atomique ou en déposant des nano-amas d'or pour modifier la nucléation des îles. Cette caractérisation est une étape importante pour le contrôler la structure des films organiques fins pour des appareils qui sont sensibles à la structure des films aux échelles nanoscopiques. La morphologie des films de matériaux organiques photovoltaïques peut avoir une influence importante sur la performance de ces appareils. En s'appuyant sur des études antérieures portant sur l'adaptation de la taille des îles moléculaires et la répartition des sites de nucléation, des films minces d'îles de PTDCI (un donneur d'électrons) et de cuivre (II) phthalocyanine (un accepteur d'électrons) ont été cultivés sous ultra haut vide. La topographie et le potentiel de contact à la surface ont été cartographié simultanément dans une étude préliminaire de microscopies NC-AFM et sonde Kelvin pour caractériser les relations entre la structure et la fonction de la génération d'énergie photovoltaïque.

Liquid-crystal networks are a new class of materials. They combine orientational properties of a liquid-crystal fluid and elastic properties of a rubber. The coupling between the two fields leads to unique properties such as shear deformations at no or sufficiently small energy cost and large spontaneous elongations during the isotropic to nematic liquid-crystal phase transition. The conventional network in a rubber, is made of crosslinked polymers which have anisotropic and inhomogeneous microstructure. In this work, we develop a phenomenological theory to describe a liquid-crystal network with a simpler microstructure, defined by a hexagonal lattice. We study how the network field influences the thermodynamic properties of the constituent liquid crystals and in turn how liquid-crystal order influences the network elasticity. We also clarify the phenomenon of soft elasticity in terms of the geometry of a uniaxial hexagonal lattice. In addition, we also study pattern formation exhibited by a liquid-crystal network after a thermal quench from the isotropic phase into the nematic liquid-crystal phase. We also generalized our phenomenological theory to a case where internal orientational degrees of freedom are allowed to pick particular directions. / Les réseaux de crystaux liquides forment une nouvelle classe de matériaux. Ils combinent une orientation propre aux crystaux liquides et les propriétés élastiques des caoutchoucs. L'agencement de ces caractéristiques procure à ces matériaux des modules élastiques trés faibles et un étirement prononcé lors d'une transition de la phase isotropique vers la phase nématique. Un réseau de caoutchouc conventionnel est constitué de polyméres réticulés qui ont une microstructure inhomogène et anisotropique. Dans ce travail, nous développons une théorie phénoménologique qui décrit un réseau de crystaux liquides avec une microstructure simple à symétrie hexagonale. Nous étudions comment la densité du réseau influence les propriétés thermodynamiques des crystaux liquides et comment la symétrie cristalline contrôle l'élasticité du réseau. Nous clarifions ainsi le phénoméne de lélasticité molle lors de la contrainte uniaxiale d'un réseau hexagonal. De plus, nous décrivons l'auto-organisation spatiale présentée par le réseau de crystaux liquides lors d'une trempe qui induit la transition de la phase isotropique vers la phase nématique. Finalement, nous généralisons notre théorie pour inclure des cas où les degrés de liberté d'orientation du réseau peuvent prendre des valeurs particulières.

In this dissertation work a technique that utilizes an atomic force microscope (AFM) in a non-contact configuration for direct patterning of nanoscale sized gold dots and wires and its characterizations is presented. For the fabrication of gold nanodots an oscillating gold-coated AFM probe is kept in close proximity to a sample surface and the application of a voltage pulse of either polarity leads to the deposition of the dot. Highly reproducible deposition is obtained by the precise control of the tip-sample separation. For controlling this separation, a feedback control enabled by the application of an external electrostatic servo force is implemented. The deposition process is well regulated and it allows for the study of dot formation and the obtaining of relevant statistics. Typical oscillation amplitude is 3 nm and tip sample average separation distance is 6 nm. Generated electric fields at the tip apex are usually larger than 1 V/nm. The parameters that control the dot dimensions are the amplitude and duration of the pulse, and the tip-sample separation. We found that the deposition process is Field Evaporation Deposition (FED) of gold ions. There is a field threshold that is distinctive of the involved ion species. Typical deposition evaporation rates are of the order of 10^7 atoms/s and they are obtained for applied fields above the threshold for deposition. For patterning gold nanowires two methods were developed. A fast method where sequential dots are deposited with a pitch that is smaller than their diameter so that neighboring dots overlap, and a slow method in which the dots are deposited sequentially with a pitch that match their diameter and then the / Cette recherche doctorale porte sur le dévelopment d'une technique utilisant un Microscope Force Atomique (en anglais 'Atomic Force Microscope', AFM) dans une configuration dynamique pour la gravure direct de points et câbles d'or à l'échelle nanoscopique. Pour la fabrication de ces nanopoints, une sonde oscillatoire d'AFM métallisée d'or est maintenue à proximité d'une surface échantillon, et l'application de pulsations électriques de polarité positive ou négative conduit au dépôt du nanopoint. Un dépôt hautement prévisible est obtenu par le contrôle précis de la distance sonde-surface. Le contrôle de cette séparation est possible grâce à un mécanisme régulatoire ré-entrant activé par l'application d'une servoforce électrostatique externe. L'amplitude typique des oscillations est de 3 nm et la distance sonde-surface moyenne est de 6 nm. Les champs potentiel électriques générés à l'extrémité de la pointe dépassent habituellent 1 V/nm. Les paramètres contrôlant la dimension des nanopoints sont determins par l'amplitude et la durée de la pulsation ainsi que la distance sonde-surface. Le procédé de dépôt est bien contrôlé, ce qui permet l'étude de la formation du nanopoint et l'obtention de statistiques appropriées. Les résultats démontrent que le procédé de dépôt correspond à un Dépôt pour l'Evaporation de Champs (en anglais 'Field Evaporation Deposition', FED) d'ions d'or. Ce champs a un seuil distinct de celui des espèces ioniques impliquées. Les taux d'évaporation typiques du dépôt sont de l'ordre de 10^7 atomes/s et ils sont obtenus par l'application de champs dépassant le seuil de dépôt. Deux méthodes$

Plasticity experiments have been conducted with single dislocation resolution in both indentation and wear studies using atomic force microscopy (AFM). The high force sensitivity and the small tip radii in AFM permit the measurement of the nucleation of single dislocations in plastically deformed nanoscale volumes. Nanoscale mechanical testing in an ultra-high vacuum (UHV) environment allows for the preparation of oxide-free surfaces, required for direct comparison between atomistic simulation and experiment. Moreover, nanoscale mechanical testing often shows increased strength compared to what is observed in macroscale testing, motivating the use of atomistic simulation to gain insight into new deformation mechanisms. Indentation experiments show that it is possible not only to observe single dislocation events but also determine the glide vector of the dislocation in three dimensions on KBr(001). Discontinuous displacements of the tip during indentation in both normal and lateral directions are indicative of yielding events, referred to as pop-ins. The measured displacement of the tip into the material during these events is on the order of one Ångström or less when blunt diamond coated tips are used as indenters. Larger pop-in displacements are measured with sharper probes, resulting from the localization of stress near the surface. Only with the use of AFM can such small, Ångström-sized pop-in displacements be observed. Indentation creep studies indicate that creep in nanoscale volumes is accommodated only through dislocation nucleation and glide. A comparison between creep measured with AFM-based indentation and instrumented nanoindentation highlights the importance of dislocation nucleation and glide at this length-scale. High resolution imaging of the indented structure on KBr(001) allows for the identification of dislocations and charges associated with them. Wear experiments have demonstrated the contribution of dislocations to wear on the atomic scale. The role of dislocations in wear experiments has been observed through the similar dislocation structures typically surrounding scratches and indents, as well as in pop-ins observed while scratching. The measured friction coefficient in nanoscale wear experiments is closer to those typically reported in macroscopic experiments. This finding suggests that while single-asperity experiments at low loads on flat surfaces may produce no or little wear, friction of real rough surfaces always involves some wear and plastic deformation of microscopic contacts between the two surfaces. / Des expériences de plasticité ont été menées pour des études d'indentation et d'usure avec une résolution de l'ordre d'une dislocation en utilisant la microscopie à force atomique (AFM). La grande sensibilité de la force de l'AFM et les petits rayons des pointes AFM disponibles dans le commerce permettent la mesure de la nucléation de dislocations isolées pour des volumes plastiquement déformés à l'échelle nanométrique. Des essais nanomécaniques dans un environnement à ultravide (UHV) permettent de préparer des surfaces non-oxydées, nécessaires pour une comparaison directe entre la simulation à l'échelle atomique et les expériences. En outre, les essais nanomécaniques montrent souvent une résistance accrue par rapport à ce qui est observé dans le cas d'essais macroscopiques, motivant ainsi l'utilisation de la simulation à l'échelle atomique pour mieux comprendre les nouveaux mécanismes de déformation. Des expériences d'indentation montrent qu'il est possible non seulement d'observer les événements de dislocation isolée, mais également de déterminer le vecteur du plan de glissement de la dislocation en trois dimensions dans le cas du KBr(001). Les déplacements discontinus de la pointe au cours de l'indentation dans les directions normales et latérales nous donnent des renseignements sur les événements de plastification, dénommés pop-ins. Les déplacements discontinus de la pointe mesurés dans le matériau au cours de ces événements sont de l'ordre de un Ångström ou moins quand ces pointes, qui sont recouvertes de diamant, sont utilisées comme indenteur. De plus grandes déplacements de pop-in ont été mesurés dans le cas de pointes extra fines, résultant du fait que la contrainte se trouve localisée près de la surface. Des études de fluage par indentation indiquent que, dans le cas de volumes de l'ordre du nanomètre, le fluage est contenu par la présence de nucléation de dislocation et de glissement. Une comparaison entre le glissement mesuré dans le cas de l'indentation basée sur AFM et des instruments de nano-indentation souligne l'importance de la nucléation de dislocation et du glissement à cette échelle de longueur. L'imagerie à haute résolution de la structure indentée de KBr(001) permet l'identification des dislocations et des charges qui leurs sont associées. Des expériences d'usure ont démontré le rôle des dislocations dans le cas de l'usure à l'échelle atomique. La contribution des dislocations envers l'usure a été observée pour des structures de dislocations similaires entourant généralement les rayures et les indentations et dans le cas de pop-ins observés pendant le « scratch- ing ». Le coefficient de frottement mesuré pour des expériences d'usure à l'échelle nanométrique est plus proche de ceux qui sont habituellement observés à l'échelle macroscopique. Ces résultats suggèrent que, bien que dans le cas de mesures d'aspérités isolées faites sur des surfaces planes à l'aide de faibles charges puissent produire peu ou pas d'usure, le frottement dans le cas de réelles surfaces, qui sont en général plus rugueuses, implique toujours quelques phénomènes d'usure et de déformation plastique quand deux surfaces sont en contact à l'échelle microscopique.

The dynamics of cross-linked polymers under stress, such as those thatmake up rubber, are still not well understood. A combination of coherent xrayhomodyne and heterodyne techniques is used in order to measure fluctuations of the system when stretched. The combination of both techniques allows for the measurement of flow patterns, as well as the random nature of the system. After data analysis, the results show that the measurements successfully captured this flow information. The flow velocity was discovered to have a time-dependent nature similar to that of the stress-strain curve. After the flow velocity was extracted, the random nature of the system was analysed. This random motion was discovered not to be dominated by conventional diffusion, but some slower random process. / La dynamique de polymères réticulés de stress, telles que celle qui compose le caoutchouc, n'est pas encore bien comprise. Une combinaison de techniques homodynes et hétérodynes de rayons x coherentes est utilisé pour mesurer les fluctuations du système, une fois étiré. La combinaison des deux techniques permet la mesure des régimes d'écoulement, ainsi que le caractère aléatoire du système. Après l'analyse des données, les résultats montrent que les mesures ont réussi à capturer cet information. La vitesse d'écoulement a été découverte de contenir une nature en fonction du temps semblable à celle de la courbe contrainte-déformation. Après la vitesse d'écoulement a été extraite, la nature aléatoire du système a été analysé. Cette motion a été découverte au hasard de ne pas être dominé par la diffusion classique, mais de certains processus aléatoires plus lents.

The advent of large-scale graphene grown by chemical vapor deposition (CVD) offers a viable route towards high-frequency (HF) graphene-based analogue electronics. A significant challenge, however, is to synthesize and fabricate HF graphene-based devices with high carrier mobility. Here, we report our efforts to understand and control the CVD growth mechanism of graphene on copper, to characterize the synthesized film, and to fabricate graphene transistors and HF devices. In parallel, we describe the synthesis of large pristine dendritic graphene flakes that we name graphlocons. The electronic transport properties and magnetoresistance were assessed from 300 K to 100 mK and mobility up to 460 cm^2/Vs was obtained with a residual charge carrier density of 1.6x10^12 cm^-2. HF scattering parameters were measured from 0.04 to 20 GHz but they showed no dependence on temperature and magnetic field. This work provides a starting point for improving the structural and electronic properties of CVD graphene, and for exploring new phenomena in the GHz frequency range. / L'avènement du graphène produit à grande-échelle par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ouvre une voie vers l'électronique haute-fréquence (HF) à base de graphène. Synthétiser du graphène possédant une grande mobilité des porteurs de charge et l'incorporer à des dispositifs HF constitue cependant un important défi. Nous présentons ici le fruit de nos efforts pour comprendre et contrôler le mécanisme de croissance CVD du graphène sur le cuivre, caractériser les films ainsi produits, et fabriquer des transistors et dispositifs HF à base de graphène. Parallèlement, nous décrivons la synthèse de grands flocons dendritiques de graphène que nous appelons graphlocons. Les propriété électroniques et la magnetorésistance de ces échantillons ont été mesurées de 300 K à 100 mK et la mobilité la plus élevée obtenue est de 460 cm^2/Vs avec une densité de porteurs de charge résiduels de 1.6x10^12 cm^-2 . Les paramètres S de haute fréquence ont été mesurés de 0.04 à 20 GHz mais aucune dépendance en température ou champ magnétique n'a été observée. Ce travail fourni un point de départ pour améliorer les propriétés structurales et électroniques du graphène produit par CVD, et pour explorer de nouveaux phénomènes dans le domaine des GHz. .

Properties of the superconducting state of the series of pseudo-binary metallic glasses FexNi1−xZr2 have been studied from electrical transport and magnetization measurements performed using a nearby 2-dimensional electron gas (2DEG) as a magnetic flux detector. This series of alloys offers a variety of enviable qualities for the systematic study of superconducting properties amid which lies the alleged constant amorphous structure of alloys with different stoichiometry imparted by the similar atomic volume of the Fe and Ni atoms, which permits the determination of the dependence of superconducting parameters on chemical composition uniquely by eliminating structure-dependent contributions. Such a study aims at verifying how superconductivity is affected by the presence of iron which is known to induce pair-breaking spin fluctuations. The temperature dependence of Bc1 and Bc2, and the Tc dependence on the iron content x in the alloys are determined and found to decrease with increasing x as expected from the increase of spin fluctuations. Unexpected findings are also revealed: For instance, fluctuations in magnetization and anomalous hysteresis loops at the Bc2 transition in alloys containing a large amount of Fe challenge the veracity of the assumption that the amorphous structure of the alloys FexNi1−xZr2 remains constant with x. These results even bring the first evidence for the existence of a structural transition at some x value. The absence of long-range order in amorphous alloys confers them weak vortex pinning character and makes the vortex state in the FexNi1−xZr2 alloys ideal for the study of correlated systems since the density of vortices and the driving force can be tuned externally such as to measure their effects on correlations. For these reasons, dynamic vortex phases in these alloys were also studied. In particular, the transverse dynamics of vortex phases are investigated from Hall resistance measurements; large features are observed whi / Les propriétés supraconductrices des verres métalliques pseudo-binaire FexNi1−xZr2 sont étudiées à partir de mesures de transport électrique, ainsi qu'à partir de mesures d'aimantation prises en utilisant un gaz d'électrons bidimensionnel comme détecteur de champ magnétique. Cette série d'alliages démontre une variété de qualités enviables pour l'étude systématique de propriétés supraconductrices parmi lesquelles figure la présomption que la structure amorphe des alliages constante pour différente stoechiométries conférée par le volume atomique similaire des atomes de Fe et de Ni, qui permet la définition de la dépendance des paramètres supraconducteurs sur la composition chimique uniquement et élimine les dépendances structurelles. Cette étude a donc pour but the vérifier comment la supraconductivité est affectée par la présence de fer dans le matériel, ce qui est reconnue pour causer des fluctuations de spin et tend à briser les paires de Cooper. La dépendance en température de Bc1 et Bc2, et la dépendance de Tc sur la quantité de fer x dans les alliages sont déterminées et montrent une régression avec la croissance de x comme prévue due à l'augmentation des fluctuations de spin. Des résultats non attendus sont aussi révélés: Par example, des fluctuations dans l'aimantation et des boucles d'hystérèse anormales à la transition Bc2 dans les alliages contenant une grande quantité de fer mettent en doute la véracité de la supposition que la structure amorphe des alliages FexNi1−xZr2 reste constante. Ces résultats constituent même la première preuve de l'existence d'une transition de phase structurelle pour une certaine valeur de x. L'absence d'ordre à longue portée confère aux supraconducteurs amorphes leurs faibles propriétés d'ancrages des vortex, ce qui rend l'état mixte des alliages de FexNi1−xZr2 idéal pour l'étude de systèmes corrélés puisque la densité de vortex ainsi que la force s

Amorphous silicon is an important material of particular interest in the context of thin film transistors and display technologies. It also provides an ideal model system for the study of crystallization dynamics, and to this end we have investigated the crystallization of thin amorphous semiconducting films, including silicon and germanium, in the Dynamic Transmission Electron Microscope (DTEM) at Lawrence Livermore National Laboratory. / Crystallization is initiated in the DTEM by a laser pulse that deposits sufficient heat into the system to activate the transition. A variable time delay after this initiation pulse, the sample is probed by a short photoelectron pulse in the TEM, generating a diffraction pattern or image with nanosecond time resolution. Thus, using the DTEM we can gain access to the kinetics of crystallization and details of the nucleation mechanism in situ through time-resolved diffraction patterns and images of the specimen. / In the crystallized silicon film, three distinct phenomena were observed as the incident fluence on the sample was increased: for low fluences, the film underwent solid state crystallization, for surface melting, large, radially oriented crystals were observed and when the entire film was melted, the silicon dewetted from the substrate and coalesced into crystalline droplets on the surface. Modelling of heat conduction in the laser-heated film supports this interpretation. Preliminary experiments were also carried out in amorphous germanium. / Le silicium amorphe est un matériau important en particulier, pour la fabrication de matériau polycristallin pour transistor couches minces. Il fournit également un système modèle idéal pour l'étude de la dynamique de cristallisation, et à cet effet, nous avons étudié la cristallisation des films couche mince en semiconducteurs amorphes, y compris le silicium et le germanium, dans le microscope Électronique en Transmission Dynamique (METD) à Lawrence Livermore National Laboratory. / La cristallisation est amorcée dans le METD par une Impulsion de laser qui dépose dans le système la chaleur suffisante pour activer la transition. Un délai variable après cette impulsion de déclenchement, l'échantillon est sondée par une impulsion de photoélectron dans le MET, produisant soit diffraction ou une image avec la résolution temporelle de nanoseconde. Ainsi, utilisant le METD nous pouvons accéder à la cinétique de la cristallisation et les détails du mécanisme de nucléation emphin situ par les diagrammes diffraction et les images de l'échantillion avec résolution temporelle sur une échelle de nanoseconde. / Dans la pélicule cristallisée de silicium, on a observé trois phénomènes distincts à mesure que le fluence incident sur l'échantillon était augmenté : pour les fluences réduits, la pellicule a subi la cristallisation l'état solide, pour la fonte à la surface, des grands cristaux radialement orientés ont été produits et quand la pellicule entier a été fondu, le silicium fondu a été fusionnés dans les gouttelettes cristallines sur la surface. La modélisation de la conduction de chaleur dans la pellicule chauffée par le laser soutient cette interprtation de l'évolution de la structure observée. Des exériences préliminaires ont été aussi effectuées en germanium amorphe.

Graphene-based devices are typically fabricated by exfoliation on substrates such as SiO2/Si. This is a disordered surface which can degrade the intrinsic properties of graphene such as mobility. Hence, in order to optimize device performance, we investigated the possibility to deposit graphene on more ordered surfaces such as GaAs, despite the difficulty in locating exfoliated graphene on such substrates. We show that the optical contrast of graphene can be greatly enhanced by increasing theincident angle of the light on the substrates (SiO2 and GaAs). In the second part, we move beyond the standard exfoliated graphene production to present a method for large-scale graphene synthesis by chemical vapour deposition (CVD). We varied various growth conditions to understand and optimize the mechanisms of graphene synthesis and the subsequent transfer techniques. / Les dispositifs à base de graphène sont généralement fabriqués par exfoliation sur des substrats de SiO2/Si, mais ces surfaces désordonnées peuvent dégrader les propriétés intrinsèques du graphène, comme la mobilité. Par conséquent, en vue d'optimiser la performance des dispositifs, nous avons étudié la possibilité de déposer le graphène sur des surfaces plus ordonnées, comme le GaAs, malgré la difficulté augmentée de l'identification du graphène exfolié sur ces surfaces. Nous démontrons que le contraste optique du graphène peut être grandement renforcé en augmentant l'angle d'incidence de la lumière sur les substrats (SiO2 et GaAs). Dans la seconde partie, nous allons au-delà de la production standard du graphène exfolié pour présenter une méthode de synthèse de graphène à grande échelle par dépôt chimique en phase vapeur. Nous modifions les paramètres de croissance pour mieux comprendre et optimiser les mécanismes de croissance et les techniques de transfert subséquent.

In this thesis, I report the development and application of a symbolic derivation tool named "SymGF'' - standing for Symbolic Green's Function, that can automatically and analytically derive quantum transport expressions and the associated Keldysh nonequilibrium Green's functions (NEGF). Quantum transport happens in open systems consisting of a scattering region coupled to external electrodes. When there are strong electron-electron interactions in the scattering region, analytical derivations of the Green's functions can be very tedious and error prone. Running on a personal computer, SymGF derives the necessary analytical formulas at a level of correlation specified by the user, using the equation of motion (EOM) method. The input to SymGF are the second quantized form the device Hamiltonian, the (anti)commutators of the operators that appear in the Hamiltonian, and a truncation rule for the correlators which determines the accuracy of the final outcome. The output of SymGF are the analytical expressions of transport properties such as electric current and conductance in terms of various Green's functions; as well as the Green's functions themselves in terms of the unperturbed non-interacting Green's functions that can be obtained straightforwardly. For systems where electron-electron interaction can be neglected, the transport problems can be easily solved and SymGF is not necessary - even though SymGF gives the same answer; but for interacting systems SymGF drastically reduces the mathematical burden of analytical derivations. We have tested SymGF for several transport problems involving Kondo resonances where analytical derivations were done by humans: exactly the same results were obtained by SymGF but in a tiny fraction of time. We have applied SymGF to new and very hard problems that resist analytical derivations by hand, including quantum transport in a double quantum dot system; transport through a single quantum dot in parallel to a direct lead-to-lead tunneling. Finally, at the post-analysis level, we have combined SymGF with an ab initio numerical modeling method to calculate quantum transport features involving atomistic degrees of freedom. / Dans cette thèse, je présente le développement et lesapplications d'un outil de calcul symbolique connu sous le nom de "SymGF" (Symbolic Green's Functions) qui permet d'obtenir des expressionsanalytiques pour le transport quantique et les fonctions de Green de Keldyshpour les systèmes hors équilibre (FGHE). Le transport quantiquesurvient dans les systèmes ouverts constitués d'une régiondiffusante\ couplée à des électrodes externes. Lorsque lesinteractions électrons-électrons sont importantes dans cette région, la dérivation analytique des fonctions de Green peut devenirfastidieuse et propice aux erreurs. Par contre, à l'aide d'un ordinateurpersonnel, la méthode SymGF permet d'obtenir rapidement les formulesanalytiques nécessaires, en utilisant les équations du mouvement(EOM) du système, à un niveau de corrélation spécifiépar l'utilisateur. Les entrées nécessaires à la méthodeSymGF sont l'Hamiltonien en seconde quantification du système, lesrelations d'anti-commutation des opérateurs impliqués et les règles de coupure pour les fonctions de corrélation, ce qui déterminela précision du résultat final. Les sorties sont les expressionsanalytiques des propriétés de transport tels que le courant électrique et la conductance en fonction des différentes fonctions deGreen en plus de l'expression de ces dernières en fonction des fonctionsde Green du système non perturbé et sans interactions, pouvant être calculées directement.Pour les systèmes où les interactions électrons-électronspeuvent être négligés, le transport peut être étudiéplus facilement et la méthode SymGF n'est plus nécessaire, mêmesi elle reste toujours aussi juste. Par contre, pour les systèmes avecinteractions, elle permet de réduire drastiquement les difficultésmathématiques reliées à la dérivation analytique. Nousl'avons testée pour plusieurs situations impliquant des résonancesde Kondo, où les dérivations analytiques avaient déjà été effectuées, et les résultats furent reproduis parfaitement enune fraction du temps. Nous avons aussi appliqué cette méthode àde nouveaux problèmes très compliqués qui résistaienttoujours au traitement analytique; tels le transport quantique dans undouble point quantique et le transport dans un point quantique en parallèle avec une simple jonction tunnel. Finalement, en vue d'analyses futures,nous avons combiné la méthode SymGF avec un méthode desimulation numérique ab initio afin de calculer les caractéristiques du transport quantique impliquant des degrés de libertéatomiques.