Dans cette thèse, nous traitons quatre sujets relatifs aux structures hybrides contenant un supraconducteur. <br />Le premier chapitre analyse le transport non local dans une structure métal normal – supraconducteur – métal normal (N-S-N). Nous considérons un modèle unidimensionnel pour les jonctions N-S-N soit à l'aide de la méthode de Blonder-Tinkham-Klapwijk soit à l'aide des techniques des fonctions de Green. Nous trouvons que le transport non local est amplifié par les processus d'interactions multiples dans les électrodes normales, comme pour le phénomène de “reflectionless tunnelling”. <br />Dans le second chapitre, nous considérons un SQUID à l'échelle nanoscopique formé d'un nanotube de carbone couplé à des électrodes supraconductrices. Les processus non locaux <br />diminuent le courant critique et introduisent des fluctuations d'échantillon à échantillon dans la relation courant-phase en fonction des paramètres du modèle. <br />Dans le troisième chapitre, nous étudions les corrélations des fluctuations de courant dans des structures supraconductrices multiterminales à l'aide de la théorie semiclassique de Boltzmann-Langevin. Les réflexions d'Andreev multiples peuvent donner un changement de signe dans les corrélations croisées pour certains paramètres. <br />Dans le dernier chapitre, nous analysons des systèmes hybrides avec des supraconducteurs et des ondes de densité de charge (ODC). Nous trouvons que les paires de Cooper ne peuvent pénétrer dans les ODC que sur la longueur d'onde de Fermi. Ainsi, les jonctions S-ODC-S ne peuvent pas transporter de supercourant.

Ce travail a été consacré à la réalisation et l'utilisation d'un dispositif d'imagerie Magnéto-Optique (MO) pour l'étude des matériaux supraconducteurs. La principale originalité de ce dispositif est de permettre des mesures sous courant de transport (30A), sous champ magnétique (jusqu'à 100mT), et/ou sous contrainte axiale (80kg maximum).<br />Les études MO ont notamment porté sur les matériaux supraconducteurs à haute température critique élaborés ou étudiés au CNRS-CRETA et laboratoire de Cristallographie. En particulier, un dispositif de texturation par défilement sous champ magnétique de rubans multifilamentaires de Bi2212 a été mis au point. Connaître précisément les conditions de texturation pour chaque échantillon permet en effet de mieux interpréter les données issues des caractérisations, et notamment les images MO. Nous avons pu mettre en évidence par des obervations MO que la texturation sous champ magnétique améliore le piégeage et la texture des filaments, notamment ceux situés au centre des rubans. Par ailleurs le courant critique mesuré à 4,2K est augmenté de 30 à 40\% grâce à la texturation sous champ magnétique.<br />Dans les massifs YBCO, nous avons mis en évidence grâce aux images MO que l'adaptation du taux d'oxygène dans l'atmosphère du four lors des phases de montée et descente en température est cruciale pour l'obtention d'un dopage homogène en oxygène. L'étude effectuée grâce à l'imagerie MO a par ailleurs révélé que le perçage d'un réseau de trous permet une amélioration significative de la qualité de la texture et de la densité locale de courant critique.<br />Les Coated Conductors fournis par Theva$^{\copyright}$ ont également fait l'objet d'études MO. Des défauts spécifiques, en forme d'étoiles et dus à la délamination de la couche tampon de MgO ont pu être observés. Les observations MO sous contrainte axiale in situ ont révélé que le courant critique était limité par l'apparition de bandes de contraction (Lüders Bands) dans le substrat, induisant des fissures dans les couches tampon et supraconductrice. Ces fissures ont été observées pour la première fois en MO au cours de cette thèse. L'imagerie MO a également permis de mettre en évidence la présence de fissures horizontales dues à la compression latérale de la couche MgO.<br />Enfin des mesures en courant de transport de films minces ont été effectuées en parallèle avec des observations MO. Il apparaît que les défauts créés artificiellement par lithographie n'entraînent pas une différence mesurable sur la densité de courant critique (bien que la densité de courant locale dépasse le Jc), mais plutôt une augmentation de la résistivité de flux flow ou de flux creep. Ce travail a été consacré à la réalisation et l'utilisation d'un dispositif d'imagerie Magnéto-Optique (MO) pour l'étude des matériaux supraconducteurs. La principale originalité de ce dispositif est de permettre des mesures sous courant de transport (30A), sous champ magnétique (jusqu'à 100mT), et/ou sous contrainte axiale (80kg maximum).<br />Les études MO ont notamment porté sur les matériaux supraconducteurs à haute température critique élaborés ou étudiés au CNRS-CRETA et laboratoire de Cristallographie. En particulier, un dispositif de texturation par défilement sous champ magnétique de rubans multifilamentaires de Bi2212 a été mis au point. Connaître précisément les conditions de texturation pour chaque échantillon permet en effet de mieux interpréter les données issues des caractérisations, et notamment les images MO. Nous avons pu mettre en évidence par des obervations MO que la texturation sous champ magnétique améliore le piégeage et la texture des filaments, notamment ceux situés au centre des rubans. Par ailleurs le courant critique mesuré à 4,2K est augmenté de 30 à 40\% grâce à la texturation sous champ magnétique.<br />Dans les massifs YBCO, nous avons mis en évidence grâce aux images MO que l'adaptation du taux d'oxygène dans l'atmosphère du four lors des phases de montée et descente en température est cruciale pour l'obtention d'un dopage homogène en oxygène. L'étude effectuée grâce à l'imagerie MO a par ailleurs révélé que le perçage d'un réseau de trous permet une amélioration significative de la qualité de la texture et de la densité locale de courant critique.<br />Les Coated Conductors fournis par Theva$^{\copyright}$ ont également fait l'objet d'études MO. Des défauts spécifiques, en forme d'étoiles et dus à la délamination de la couche tampon de MgO ont pu être observés. Les observations MO sous contrainte axiale in situ ont révélé que le courant critique était limité par l'apparition de bandes de contraction (Lüders Bands) dans le substrat, induisant des fissures dans les couches tampon et supraconductrice. Ces fissures ont été observées pour la première fois en MO au cours de cette thèse. L'imagerie MO a également permis de mettre en évidence la présence de fissures horizontales dues à la compression latérale de la couche MgO.<br />Enfin des mesures en courant de transport de films minces ont été effectuées en parallèle avec des observations MO. Il apparaît que les défauts créés artificiellement par lithographie n'entraînent pas une différence mesurable sur la densité de courant critique (bien que la densité de courant locale dépasse le Jc), mais plutôt une augmentation de la résistivité de flux flow ou de flux creep.

La cohérence de phase quantique des électrons se manifeste par des interférences dans les circuits mésoscopiques métalliques. Les premières expériences de cette thèse explorent les mécanismes d'interaction limitant la cohérence dans des métaux non supraconducteurs (normaux) : des mesures de temps de cohérence de phase et d'échanges d'énergie révèlent le rôle joué par des impuretés magnétiques dans le régime Kondo. Dans les métaux supraconducteurs, les électrons adoptent un état quantique macroscopique grâce au potentiel d'appariement : la cohérence est obtenue pour cet état impliquant de nombreux électrons. Dans ce cas, nous avons testé l'équivalence entre la décohérence induite par un supercourant et par un champ magnétique à l'aide de mesures de densités d'états. Lorsqu'un métal normal est en contact avec un supraconducteur, la propagation de l'ordre supraconducteur dans le métal normal est limitée par la décohérence des électrons indépendants comme prouvé par une dernière expérience.

Ce travail se compose de deux parties : la première partie traite de la formation de dépôts épais du composé YBa2Cu3O7-x par la technique électrophorétique (EPD) tandis que la seconde décrit la réalisation de dépôts par la technique de projection plasma. Dans le cadre de la méthode EPD, des suspensions aqueuses et non-aqueuses ont été étudiées. Plus particulièrement, des suspensions à base dacétone en présence ou non diode ont été caractérisées de manière approfondie. A laide de ces résultats, un mécanisme de charge des particules a été proposé. La cinétique de dépôt de lYBa2Cu3O7-x par EPD a également été étudiée. Les dépôts formés ont montré des propriétés supraconductrices sur substrat dAg. Une densité de courant critique Jc (77 K, H=0) de lordre de 103 A/cm² a été obtenue. Finalement, une méthode de texturation sous champ magnétique appliquée à lEPD a été explorée. Pour la technique de projection plasma, différents paramètres opératoires ont été étudiés. Par un traitement thermique adéquat du dépôt sur substrat de Ni, la phase supraconductrice a été obtenue.

En IRM haute résolution du petit animal, un rapport signal sur bruit (RSB) convenable demande habituellement l'utilisation d'un champ magnétique statique beaucoup plus élevé, (jusqu'à 20 T) que pour les applications cliniques quotidiennes (1,5 et 3 T). Une alternative est offerte avec le développement récent d'antennes miniatures en matériau supraconducteur à haute température critique (HTS). Cependant de nombreux problèmes liés à ce type d'antennes subsistent et limitent leur diffusion à grande échelle. Le présent manuscrit présente le développement théorique et expérimental d'une antenne de surface HTS de très petite dimension destinée à l'imagerie du cerveau de souris in vivo à 4,7 T.La première partie traite de la modélisation électromagnétique 3D, à l'aide d'un logiciel commercial (CST-Microwave Studio), de structures monolithiques auto-résonantes adaptées à l'obtention de facteurs de qualité extrêmement élevés (105). Le modèle numérique permet, par rapport à un modèle analytique approché, une meilleure prise en compte de la complexité géométrique de l'antenne et de son environnement cryogénique proche, dont les effets sur les caractéristiques radiofréquences de l'antenne sont considérables.Une deuxième partie présente l'étude des effets du champ statique (de 0 à 4,7 T) et de la température (de 65 à 83 K) sur les caractéristiques électriques d'une antenne HTS, dans le domaine de fréquences de l'IRM pour lequel les propriétés des supraconducteurs ont été peu étudiées jusqu'ici. L'étude montre que les effets délétères du champ sur la sensibilité de l'antenne sont partiellement compensés par une diminution modérée de sa température de fonctionnement. Cette diminution est accessible avec un dispositif original de contrôle de température qui évite de faire appel à un système cryogénique complexe limitant le domaine d'application des antennes HTS.La troisième partie présente les résultats obtenus en imagerie à 4,7 T avec une antenne de surface en matériau HTS dont la taille (diamètre de 6 mm) a été optimisée pour obtenir les meilleures performances en RSB, en vue d'une intégration dans un réseau de 4 antennes. Un RSB 4,5 fois supérieur à celui obtenu avec une antenne en cuivre de même géométrie a été démontré sur fantôme. Ce travail aboutit à la réalisation de la première image de cerveau de souris in-vivo à une valeur de champ supérieure à 3 T avec une antenne HTS. La mise en réseau d'antennes de ce type devrait permettre de couvrir le cerveau de souris complet en imagerie très haute résolution à 4,7 T, avec un RSB comparable à celui qui est accessible aujourd'hui à la limite supérieure de champ magnétique.

Faire appel à la micro imagerie par résonance magnétique (IRM), pour étudier des pathologies chez l'homme (peau et articulations périphériques) ou sur le petit animal, à un intérêt considérable en recherche biomédicale. Mais cette technique est confrontée à un réel manque de sensibilité. L'amélioration du détecteur radiofréquence (RF), en développant des petites antennes de surface, est un moyen efficace de faire reculer les limites de résolution spatiale en conservant un rapport signal sur bruit (RSB) élevé. <br />Dans ce contexte, des antennes miniatures en cuivre micromoulé ou en céramique supraconductrice ont été conçues sur le principe des lignes de transmission et fabriquées par micro technologie. Nous les avons caractérisées électriquement et en imagerie afin d'évaluer leur performance. <br />Nous avons poursuivi l'exploration de plusieurs applications biomédicales ouvertes par l'utilisation d'une antenne supraconductrice à 1,5T, qui est l'intensité de champ la plus courante en IRM. Cette approche a permis d'accéder à des résolutions spatiales de (60 µm)3 <br />isotrope sur des régions explorées telles que les zone périphériques du corps humain ou sur différents sites de la souris, avec des RSB 4 à 15 fois supérieurs à ceux obtenus avec une structure analogue en cuivre à température ambiante. D'après la théorie de Hoult-Lauterbur, un gain en RSB comparable serait obtenu avec un détecteur RF conventionnel au prix d'une <br />augmentation considérable de l'intensité du champ, entre 4 et 14 T. <br />Les résolutions ainsi accessibles sont comparables à celles couramment obtenues avec des équipements d'IRM haut champ, plus coûteux et de mise en œuvre complexe. Dans certains domaines de la recherche biomédicale, l'utilisation des antennes supraconductrices pourrait être envisagée comme une alternative aux hauts champs.

L?????laboration d???exp??rience permettant de sonder la sym??trie du gap supraconducteur ?? l???aide d???une mesure de la phase de ce gap supraconducteur est l???une des techniques les plus directes pour observer la sym??trie ???d??? des cuprates dop??s au trous. Malheureusement, il existe tr??s peu d???exp??riences de ce type qui ont ??t?? r??ussies pour sonder la sym??trie du gap supraconducteur dans les cuprates dop??s aux ??lectrons. Effectivement, les exp??riences sondant la phase du gap supraconducteur demandent d???utiliser g??n??ralement des jonctions Josephson entre un cuprate et un supraconducteur conventionnel (Exemple : SQUID et jonctions Josephson en coin). Cependant, il est extr??mement difficile d???obtenir de telles jonctions Josephson avec les cuprates dop??s aux ??lectrons, car la croissance de ce mat??riau est extr??mement difficile et les propri??t??s physiques de ceux-ci sont tr??s sensibles aux diff??rentes ??tapes de fabrication que l???on doit effectuer pour obtenir une jonction Josephson. Cependant, de r??cents travaux effectu??s par notre groupe sur la purification des phases dans les couches minces de Pr[indice inf??rieur 2???x]Ce[indice inf??rieur x]CuO[indice inf??rieur 4], un cuprate dop?? aux ??lectrons, ainsi que sur la production de jonctions Josephson de qualit?? entre deux ??lectrodes supraconductrices de Pr[indice inf??rieur 2???x]Ce[indice inf??rieur x]CuO[indice inf??rieur 4] ont revigor?? l???int??r??t de fabriquer une jonction Josephson de qualit?? entre Pr[indice inf??rieur 2???x]Ce[indice inf??rieur x]CuO[indice inf??rieur 4] et un supraconducteur conventionnel. Dans ce m??moire, on propose une m??thode de fabrication de jonctions Josephson en rampe entre un cuprate dop?? aux ??lectrons (Pr[indice inf??rieur 1.85]Ce[indice inf??rieur 0.15]CuO[indice inf??rieur 4]) et un supraconducteur conventionnel (PbIn). Cette m??thode de fabrication nous a permis de fabriquer des jonctions Josephson poss??dant une densit?? de courant critique de 44 A/cm[indice sup??rieur 2] et un produit I[indice inf??rieur c]R[indice inf??rieur n] valant 40 ??V . On retrouve aussi, tel qu???attendu par la th??orie, les oscillations du courant critique de ces jonctions en fonction du champ magn??tique appliqu?? perpendiculairement sur celles-ci. Ces caract??ristiques nous permettent de conclure que nous avons r??ussi ?? produire les meilleures jonctions Josephson de ce type (Re[indice inf??rieur 2???x]Ce[indice inf??rieur x]CuO[indice inf??rieur 4] / Au /supraconducteur m??tallique) r??pertori??es dans la litt??rature. Ainsi, d???apr??s ces r??sultats il est maintenant possible de tenter l???exp??rience sondant la sym??trie du gap supraconducteur dans le Pr[indice inf??rieur 1.85]Ce[indice inf??rieur 0.15]CuO[indice inf??rieur 4] ?? l???aide d???une jonction Josephson en coin.

En physique des particules, les grands accélérateurs permettent de sonder la matière en produisant des collisions de faisceaux à haute énergie. Dans un accélérateur circulaire, l'énergie maximale de collision dépend directement de l'intensité du champ magnétique dipolaire servant à guider les particules le long de leur orbite. Dans le large collisionneur de hadrons installé au CERN, l'énergie de collision maximale est de 14 TeV dans le centre de masse. Réaliser des collisions à plus haute énergies nécessitera alors l'utilisation de matériaux supraconducteurs à haute température critique (HTS). Dans cette perspective, les propriétés électromécaniques des différents conducteurs HTS sont caractérisées et paramétrées à 4.2 K sous des inductions allant jusqu'à 12 T. Dans les aimants supraconducteurs d'accélérateur, le câble doit être à fort ampérage et à haute densité de courant (15 kA-400 A/mm2). Il consistera en plusieurs conducteurs HTS connectés en parallèle. La caractérisation et la modélisation des performances de tels câbles dans leurs futures conditions opérationnelles sont exposées dans cette thèse.

Cette thèse porte sur la dynamique quantique dans un dcSQUID inductif. Ce dispositif est une boucle supraconductrice interrompue par deux jonctions Josephson. Sa dynamique est analogue à celle d'une particule massive évoluant dans un potentiel bidimensionnel. Dans la limite quantique, le dcSQUID se comporte comme un atome artificiel à deux degrés de liberté, contrôlé par le courant et le flux de polarisation. Dans la limite où l'inductance de la boucle est petite devant celle des jonctions, celles-ci sont fortement couplées. La dynamique du circuit est alors celle d'un oscillateur anharmonique quantique unidimensionnel. Dans la limite des deux premiers niveaux d'énergie, ce circuit est un qubit de phase. Jusqu'alors la décohérence dans ce circuit était dominée par le bruit en courant. Nous montrons, par des mesures de spectroscopie et d'oscillations cohérentes, que l'effet du bruit en courant s'annule à courant de polarisation nul, permettant une augmentation des temps de cohérence. Dans la limite où l'inductance de la boucle est grande devant celle des jonctions, la dynamique devient bidimensionnelle. Le circuit exhibe alors un spectre d'énergie riche qui peut être décrit comme celui de deux oscillateurs anharmoniques couplés, correspondant aux modes d'oscillations symétrique et antisymétrique des phases des deux jonctions. Nous mettons en évidence ce spectre par des mesures de spectroscopie et nous démontrons la manipulation cohérente des états quantiques de chaque mode. En particulier nous mettons en évidence un couplage non-linéaire entre les deux modes, dans une limite de couplage fort. Ce couplage nous permet alors d'observer des oscillations cohérentes entre les deux modes internes de cet atome artificiel. De plus, dans ce manuscrit, nous présentons une technique innovante de fabrication de jonctions métalliques par évaporations sous angles qui n'a pas recours à un pont de résine suspendu. Finalement nous proposons un modèle simple basé sur les effets de chauffage qui explique pour la première fois une anomalie récurrente observée dans les caractéristiques courant-tension des dcSQUID.

La seconde génération de rubans supraconducteurs utilisant une couche déposée et épitaxiée de supraconducteur YBa2Cu3O7-x (YBCO) est étudiée de façon intense (coated conductors). Une architecture simple à bas coût a été choisie, avec une seule couche tampon de La2Zr2O7 (LZO), épitaxiée sur un ruban de Ni95W5 texturé bi-axialement. L'objectif de cette thèse était d'identifier les paramètres pertinents du processus de texturation sur des rubans d'alliage Ni95W5 laminés par APERAM à partir d'une coulée industrielle et ceux contrôlant l'épitaxie de la couche tampon de (LZO). Le rôle de la fonctionnalisation du substrat pour l'épitaxie de cet oxyde sur la surface du métal a été en particulier étudié. Parallèlement, la faisabilité d'un procédé de recuit de texturation et de fonctionnalisation du substrat métallique au défilé, en vue d'un traitement continu pour un développement industriel, a été étudiée.