Th. doct.-ing.--Grenoble 1, 1981. N°: 152.

Th. doct.-ing.--Électron.--Grenoble--I.N.P.G., 1984. N°: DI 453.

D'une part, l'effet Nernst est connu pour être sensible aux fluctuations supraconductrices, c'est-à-dire aux manifestations de l'état supraconducteur à des températures supérieures à la température critique. D'autre part, les cuprates, en raison de leur caractère fortement bi-dimensionnel et de leur courte longueur de cohérence, sont sujets à être particulièrement affectés par les fluctuations de phase de l'ordre supraconducteur. Ces deux éléments sont à l'origine d'une croyance très répandue selon laquelle les fluctuations de phase sont la cause de l'amplitude anormalement grande de l'effet Nernst dans les cuprates et sont associées à la présence du pseudogap du côté sous-dopé. Dans cette thèse, l'effet Nernst d'un cuprate dopé en électrons a été mesuré afin d'établir la nature des fluctuations. Les échantillons étudiés, des couches minces de PCCO, révèlent que la théorie classique des fluctuations gaussiennes peut adéquatement décrire le signal obtenu, à condition que la contribution des quasi-particules soit correctement traitée. L'évolution en fonction du dopage, du régime sous-dopé à celui sur-dopé, montre que l'amplitude des fluctuations dans l'effet Nernst suit la dépendance en dôme de la température critique, tout comme dans les cuprates dopé en trous et en opposition avec un scénario de fluctuations de phase. Les résultats obtenus, en accord quantitatif avec ceux des études antérieures, permettent de conclure que le diagramme de phase des cuprates est dominé par la compétition de phase et la criticalité quantique causant une reconstruction de la surface de Fermi.

D'une part, l'effet Nernst est connu pour ??tre sensible aux fluctuations supraconductrices, c'est-??-dire aux manifestations de l'??tat supraconducteur ?? des temp??ratures sup??rieures ?? la temp??rature critique. D'autre part, les cuprates, en raison de leur caract??re fortement bi-dimensionnel et de leur courte longueur de coh??rence, sont sujets ?? ??tre particuli??rement affect??s par les fluctuations de phase de l'ordre supraconducteur. Ces deux ??l??ments sont ?? l'origine d'une croyance tr??s r??pandue selon laquelle les fluctuations de phase sont la cause de l'amplitude anormalement grande de l'effet Nernst dans les cuprates et sont associ??es ?? la pr??sence du pseudogap du c??t?? sous-dop??. Dans cette th??se, l'effet Nernst d'un cuprate dop?? en ??lectrons a ??t?? mesur?? afin d'??tablir la nature des fluctuations. Les ??chantillons ??tudi??s, des couches minces de PCCO, r??v??lent que la th??orie classique des fluctuations gaussiennes peut ad??quatement d??crire le signal obtenu, ?? condition que la contribution des quasi-particules soit correctement trait??e. L'??volution en fonction du dopage, du r??gime sous-dop?? ?? celui sur-dop??, montre que l'amplitude des fluctuations dans l'effet Nernst suit la d??pendance en d??me de la temp??rature critique, tout comme dans les cuprates dop?? en trous et en opposition avec un sc??nario de fluctuations de phase. Les r??sultats obtenus, en accord quantitatif avec ceux des ??tudes ant??rieures, permettent de conclure que le diagramme de phase des cuprates est domin?? par la comp??tition de phase et la criticalit?? quantique causant une reconstruction de la surface de Fermi.

Th. Sci. phys.--Grenoble 1, 1980. N°: 37. / Extr. en partie de International cryogenic engineering conference, 6, 1976 ; de Electric machines and electromechanics. 3. 1971, 171-175 ; de Cryogenics, 1977, 423-427 ; de I.E.E.E. transactions on magnetics, 15, 1979, 1, 723-726 et de la Revue générale de l'électricité, 88, 1979, 2, 134-140.

Th. doct.-ing.--Grenoble 1, 1980. N°: 116.

Dans le domaine du génie électrique et plus particulièrement dans celui des moteurs électriques, un des principaux challenges à relever pour les années qui viennent est l'augmentation de la puissance et du couple massique. Un moteur synchrone fonctionne sur le principe de l'interaction de deux champs magnétiques. Un inducteur alimenté en courant continu crée un champ magnétique variable dans l'espace. L'induit produit quant à lui un champ tournant par l'intermédiaire d'un bobinage, principalement, triphasé. Le couple électromagnétique généré est fonction du produit du champ tangentiel (Ht) par le champ radial (Bn). On a alors la possibilité d'augmenter le couple d'une machine, soit en agissant sur Ht (produit par l'induit) ou en agissant sur Bn (produit par l'inducteur). L'inducteur est composé de deux solénoïdes supraconducteurs alimentés par des courants opposés qui créent une induction magnétique importante. La présence de plaques supraconductrices qui, par leur propriété d'écrantage du champ magnétique, module et canalise ces lignes de champ. C'est cette variation spatiale de l'induction qui permet de générer un couple mécanique. La structure de cet inducteur supraconducteur est susceptible En effet, Dans un moteur conventionnel, l'amplitude de l'induction dans l'entrefer est autour de 2 Teslas (de -1 Tesla à +1 Tesla). Les matériaux supraconducteurs permettent d'atteindre des niveaux d'induction magnétique que nous ne pourrions envisager avec les matériaux classiques. Cette structure offre la possibilité d'accroître cette valeur et par conséquent, de présenter un saut technologique en augmentant le couple dans les mêmes proportions. Le domaine d'application relève des moteurs embarqués d'une puissance comprise entre plusieurs MW et plusieurs dizaine de MW. Cependant, un des verrous technologiques restant est la possibilité de réaliser des écrans supraconducteurs de grande taille pour un inducteur de moteur de forte puissance (par exemple quelques dizaines de MW) / In the electrical engineering, especially in electric motors, one of the main challenges in the coming years is the increased of mass power and mass torque. A synchronous motor operates by the interaction of two magnetic fields. An inductor supplied with direct current creates a variable magnetic field in space. The armature produces a rotating field by a three-phase winding. The electromagnetic torque generated depends from the product of tangential field (Ht) by the radial field (Bn). The torque can be increased by acting on Ht (produced by the armature) or by acting on Bn (produced by the inductor). The inductor consists of two superconducting solenoids fed by opposed currents which create a huge magnetic induction. By using superconducting bulks which present magnetic screening property, we modulate this field. So, this spatial variation of induction generates a mechanical torque. Indeed, in a conventional engine, the amplitude of induction in the gap is around 2 Tesla (Tesla from -1 to 1 Tesla). Superconducting materials can exceed these levels of magnetic induction. This structure offers the possibility to increase this value and therefore to increase the torque in the same proportions and to present a technological leap. The application area is embedded engines for power between several MW and more. However, a technological limit is the possibility of making large superconducting screens for an inductor of large motors (eg a few tens of MW)

Il y a beaucoup de mystères entourant les cuprates supraconducteurs. Certaines expériences montrent que de l'ordre de charge serait présent dans les mêmes conditions que la supraconductivité. Les phénomènes seraient peut-être en compétition. On tentera de modéliser l'ordre de charge à l'aide du modèle de Hubbard. Des méthodes d'amas seront utilisées pour résoudre approximativement le modèle. Ensuite, on tente de mettre l'ordre de charge en compétition avec la supraconductivité pour en voir les effets.

La photonique Josephson est un domaine récent de la physique à la croisée entre l’électrodynamique quantique en circuit et le blocage de Coulomb dynamique. Elle explique et étudie la possibilité pour une paire de Cooper de traverser une jonction Josephson polarisée en tension par effet tunnel inélastique, en dissipant la différence de potentiel électrique aux bornes de la jonction sous forme de photons émis dans l’environnement électromagnétique de la jonction.Cette thèse s’arrête sur deux aspects de la photonique Josephson:• La possibilité de contrôler la statistique des photons émis dans l’environnement, en particulier Générer des photons non-classiques;• La possibilité de stimuler l’émission de photons, ce qui permet d’Amplifier avec un bruit ajouté à la limite quantique.Pour fonctionner ces dispositifs ne demandent qu’une simple tension continue servant à polariser la jonction Josephson. A terme ces dispositifs pourraient simplifier certaines mesures quantiques en remplaçant avantageusement des dispositifs micro-ondes existants plus difficiles à utiliser.Nous avons étudié nos dispositifs avec deux théories, la théorie P(E) et celle liant les flux de photons entrant et sortant, pour en tirer les caractéristiques de fonctionnement de nos dispositifs : taux d’émission, gain, bruit, bande passante, point de compression. Les dispositifs expérimentaux mesurés sont réalisés en nitrure de niobium en créant un environnement électromagnétique répondant à nos besoins. La possibilité de contrôler les processus photoniques que l’on veut en réalisant l’environnement électromagnétique adapté laisse la porte ouverte à de futures dispositifs : divers sources non-classiques, amplificateurs large bande, détecteurs de photons. / The recent field of Josephson photonics is about the interplay between circuit quantum electrodynamic and dynamical Coulomb blockade. It explains and studies the ability of a Cooper pair to inelasticity tunnel through a DC-biased Josephson junction by dissipating the Cooper pair energy in the electromagnetic environment of the junction in the form of photons.This thesis focuses on two aspects of the Josephson photonics:• Control over the statistics of the emitted photons with focus on Generation of non-classical photons;• Stimulated emission of photons leading to Amplification with added noise at the quantumlimit.These devices are powered with a simple DC voltage used to biased the Josephson junction. Such devices can be a new solution in a frequencies range where only few simple alternative solutions are now available.We have studied our devices with two theories, P-theory and input output theory, to derive working characteristics of our devices : Photon rate, gain, noise, bandwidth, compression point. The measured samples are made of niobium nitride and the electromagnetic environment of the junction is engineered to fulfil our needs. The possibility to select the photonic processes at will by engineering the electromagnetic environment permits to imagine further devices: other types of sources, wideband amplifiers, photon detectors.

Ce travail de thèse a pour objet l'étude de la famille des supraconducteurs à base de fer, composés découverts en 2008 et présentant un diagramme de phase très riche dans lequel se trouve de la supraconductivité, du magnétisme, ainsi que d'autres ordres électroniques tel que la nématicité électronique. Ceci offre la possibilité de fortes interactions et/ou compétitions entre ces divers types d'ordres électroniques, et l'étude de ces composés vise à mieux comprendre la nature et le lien entre ces différents ordres. Ceci devrait permettre de mieux comprendre de façon générale les comportements collectifs des électrons corrélés dans les solides cristallins. Les supraconducteurs à base de fer sont en général des métaux et présentent un caractère multi-orbital,ce qui donne des degrés de liberté supplémentaires aux électrons. Dans cette thèse,nous avons étudié certains de ces matériaux par photoémission résolue en angle (ARPES),technique permettant de sonder leur structure électronique et d'estimer la force et la nature des corrélations électroniques dans chaque orbitale. Nous nous sommes intéressés à des phases non supraconductrices afin d'avoir une vision plus globale des supraconducteurs au fer. La première partie de cette thèse se concentre sur le composé FeSe. L'intérêt pour ce composé vient de l'émergence d'un nouveau type d'ordre électronique : la nématicité, où les électrons brisent spontanément la symétrie de rotation, ce qui rend les propriétés électroniques anisotropes.Grâce à l'ARPES, nous avons pu suivre l'évolution des différentes orbitales dxz, dyz et dxy,présentes au niveau de Fermi, à travers la transition structurale pour caractériser l'anisotropie de la structure électronique. Pour interpréter ces évolutions, nous avons collaboré au niveau théorique avec le groupe de Lara Benfatto de l'université de Rome. Nous avons élaboré un modèle où les fluctuations de spins, bien présentes dans FeSe même s'il n'y a pas d'ordre magnétique, sont capables de modifier la surface de Fermi. Ceci rend compte des modifications que nous observons par ARPES dans la phase nématique si on suppose que ces fluctuations deviennent anisotropes. La deuxième partie de cette thèse se penche sur les pnictures de la forme AM ₂ As ₂ (A = Ba, Sr, Ca, M = Fe, Co). Cette famille présente plusieurs cas où la nature du magnétisme est différente de celui que l'on trouve à proximité de la phase supraconductrice. Dans les composés à base de fer, il peut se produire une transition vers une phase "collapsée" qui a pour effet de supprimer les moments magnétiques locaux portés par les fers. Nous avons cherché à comprendre comment les propriétés électroniques sont affectées par cette transition. Dans les composés à base de cobalt, des fluctuations ferromagnétiques apparaissent dans les plans CoAs, et CaCo ₂ As ₂ s'ordonne magnétiquement à 72K. C'est un magnétisme plutôt itinérant, assez différent de celui des phases au fer, et nous avons voulu observer cette transition et l'évolution des corrélations dans cette limite. Durant cette étude nous avons été amené à nous poser des questions sur la façon dont l'ARPES, qui est une technique de surface, peut visualiser l'évolution des structures électroniques, notamment la tridimensionnalité, entre les différents composés où la distance entre les plans CoAs varie fortement suivant la nature de A. / This thesis focuses on the study of the family of iron-based superconductors,compounds discovered in 2008 and displaying a rich phase diagram where there is superconductivity, magnetism and also other electronic orders such as electronic nematicity. This offers the possibility for strong interactions and/or competitions between those various electronic orders,and the study of these compounds aim for a better understanding of the nature and the link between these orders. This should allow generally a better understanding of the collective behavior of correlated electrons in crystalline solids. These compounds are generally metals and havea multi-orbital nature, giving extra degrees of freedom to the electrons. During this PhD, westudied some of these materials using Angle Resolved Photoelectron Spectroscopy (ARPES),a technique allowing to probe their electronic structure and estimate the nature and strength of electronic correlations in each orbital. We focused on phases that are not superconducting,in order to have a more global view of iron-based superconductors. The first part of this PhD focuses on FeSe. The interest for this compound comes from the emergence of a new sort of electronic order : the nematicity, where the electrons break spontaneously the rotational symmetry, making the electronic properties anisotropic. Thanks to ARPES, we were able to follow the evolution of the various orbitals dxz, dyz and dxy, existing at the Fermi level, through the structural transition in order to characterize the electronic structure anisotropy. To interpret these evolutions, we collaborated with the theory group of Lara Benfatto from the Roma uni-versity. We elaborated a model where spin fluctuations, which exist in FeSe although there isno magnetic order, are able to modify the Fermi surface. This reflects the modifications that we observe by ARPES in the nematic phase if we suppose these fluctuations become anisotropic.The second part of this PhD focuses on the pnictides with the form AM ₂ As ₂ (A = Ba, Sr, Ca,M = Fe;Co). This family displays several cases where the magnetism is different from that found near the superconducting phases. In the iron-based compounds, there is a transition towards a collapsed phase where the magnetism is suppressed. We have tried to understand how the electronic properties are affected by this transition. In the cobalt-based compounds,ferromagnetic fluctuations appear within the CoAs planes, and CaCo ₂ As ₂ orders at 72K. This magnetism is itinerant, quite different from that found in the iron-based compounds, and we wanted to observe this transition and the evolution of the correlations in this limit. During this study we have come to question ourselves about the way ARPES, which is a surface technique,can visualize the evolution of the electronic structure, notably its three dimensionality, among the different compounds where the distance between CoAs layers strongly changes depending on the nature of A.