Cette thèse a exploré la piste du système hybride MnAs (métal ferromagnétique)/GaAs dans le cadre de l'électronique de spin avec les semiconducteurs. Afin de réaliser des hétérostructures MnAs/GaAs/MnAs, nous avons optimisé les conditions de croissance de couches minces de MnAs sur GaAs(111)B et d'une couche ultrafine de GaAs, montré l'absence de réactivité aux interfaces MnAs/GaAs et déduit une hauteur de barrière tunnel de 0.7 eV. Les mesures de magnétotransport sur des jonctions MnAs/GaAs/MnAs ont fait apparaître une dépendance en tension très atypique de la magnétorésistance tunnel. Pour interpréter ces nouveaux effets, nous avons développé un modèle de transport tunnel résonant à travers une distribution inhomogène d'impuretés dans le semiconducteur. Conformément aux prédictions du modèle, le contrôle des défauts dans la barrière de GaAs a permis d'augmenter significativement la magnétorésistance tunnel et de déduire une forte polarisation de spin à l'interface MnAs/GaAs.

La prédiction et l'observation de très forts taux de magnétorésistance tunnel (TMR) dans des jonctions tunnel magnétiques à base de MgO a ouvert de nouvelles perspectives d'applications dans le domaine de l'électronique de spin. Ces forts taux de TMR ne peuvent s'expliquer qu'en prenant en compte la structure cristalline des électrodes et le filtrage de la barrière tunnel dépendant des symétries. <br />Un dispositif original de mesures de transport sous champ magnétique d'objets de taille nanométrique a été développé au cours de cette thèse. Il associe une électronique d'acquisition rapide et un Microscope à Force Atomique (AFM) muni d'une pointe métallique. Ce dispositif très versatile permet de contacter électriquement et d'étudier de différents types de nano-objets sans étapes compliquées de nanofabrication. <br />Ce dispositif a été utilisé pour étudier l'influence des interfaces sur le transport dans des jonctions tunnel Fe/MgO/Fe (100) cristallines obtenues par épitaxie. Deux états résonants d'interface (IRS) ont été observés pour la première fois dans ce système à 0.2eV et 1.1eV au dessus du niveau de Fermi pour les électrons minoritaires. Ces IRS modifient fortement le transport tunnel et le dominent autour de 1V avec une inversion de la TMR dynamique. Une étude en fonction de l'épaisseur de MgO a permis de trouver la symétrie dominant le transport de ces IRS.

Cette These experimentale examine le transport par effet tunnel entre deux couches ferromagnetiques separees par une barriere isolante ultrafine. L'enjeu de ces travaux est de rapprocher la comprehension theorique, basee sur des systemes ideaux, de la realite experimentale domin´ee par des jonctions comprenant une barriere amorphe. Au moyen de jonctions partiellement ou entierement epitaxiees integrant le materiau La0:7Sr0:3MnO3 dont nous avons confirme la polarisation de spin tunnel quasi-totale, l'influence de la structure electronique de materiaux isolants tels que SrTiO3, Ce0:69La0:31O1:845, TiO2, MgO (epitaxies) et Al2O3 (amorphe) sur le magnetotransport tunnel est mise en evidence. La theorie soutendant ces resultats est testee au moyen de mesures XMCD effectuees sur des barrieres de Al2O3 et MgO. La demi-metallicite de La0:7Sr0:3MnO3 est ensuite utilisee dans des jonctions La0:7Sr0:3MnO3 /SrTiO3 /La0:7Sr0:3MnO3 et La0:7Sr0:3MnO3 /SrTiO3 /Co afin d'affirmer quantitativement le caractere spectroscopique du transport tunnel polarise en spin entre electrodes ferromagnetiques. Ces etudes en tension montrent l'influence de la generation d'ondes de spin lors du transport tunnel sur l'ordre ferromagnetique de l'interface manganate/ isolant proche de sa temperature de transition metal-isolant. Enfin, nous utilisons l'electromigration aux interfaces afin de modifier la densite d'etats et le profil de potentiel des interfaces. Nous montrons comment il est possible de r´ealiser un dispositif aux proprietes de magnetotransport bistables; et nous examinons dans le regime tunnel Fowler-Nordheim les repercussions de ces modifications sur la formation d'etats quantifies au sein de la barriere, et l'evolution du couplage d'echange indirect entre les electrodes ferromagnetiques.

La réduction croissante des tailles des dispositifs de l'électronique de spin s'accompagne d'une diminution du rapport signal sur bruit, notamment du fait de l'augmentation des fluctuations magnétiques à l'approche de la limite super paramagnétique. Simultanément la réduction des dimensions de ces dispositifs a entraîné l'apparition d'un nouveau phénomène : le transfert de spin, qui se traduit par un couple exercé par un courant polarisé en spin sur l'aimantation d'une couche ferromagnétique. Pour une densité de courant supérieure à une valeur seuil appelée courant critique, l'aimantation de la couche ferromagnétique peut être renversée ou être mise en précession. De nombreuses études ont été réalisées sur ces deux effets que ce soit d'un point de vue fondamental ou appliqué. Mais peu ont été effectuées pour des courants inférieurs au courant critique, c'est-à-dire dans un régime où le transfert de spin doit exister sans présenter d'effets macroscopiques sur la dynamique de l'aimantation.<br /><br />Dans ce contexte, nous avons montré que le couple de transfert de spin agit fortement sur les fluctuations de l'aimantation à la résonance ferromagnétique dans les jonctions tunnel magnétiques, même pour des courants bien inférieurs au seuil critique. Pour ce faire, nous avons mis en place un banc de mesure de bruit large bande : DC − 26 GHz dont le seuil de détection est inférieur à 0, 5 nV/pHz. De plus, grâce à un modèle développé à partir du théorème de fluctuation-dissipation, nous avons pu expliquer les modifications du spectre des fluctuations magnétiques induites par le courant. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l'existence de deux termes de couple de transfert de spin.

Les jonctions tunnel magnétiques monocristallines Fe(100)/MgO(100)/Fe(100) élaborées par Epitaxie par Jet Moléculaire sont des systèmes modèles pour la validation de concepts spécifiques au transport polarisé en spin dans les multicouches cristallines. L'analyse de la structure de bande montre que le Fe(100) apparaît comme un demi-métal au regard de la symétrie D1 : cette nouvelle notion de polarisation en terme de symétrie électronique explique les formidables effets magnétorésistifs prédits dans ce système. Nos résultats magnétorésistifs valident les effets de filtrage en symétrie et montrent l'influence de la structure électronique sur le transport dont les mécanismes dépassent le modèle des électrons libres. Parallèlement, la croissance bidimensionnelle du MgO a permis l'élaboration de fines couches de MgO pour lesquelles nous avons fourni la première mise en évidence expérimentale d'une interaction antiferromagnétique entre deux couches magnétiques par effet tunnel polarisé en spin.

Cette thèse présente une étude des interfaces métal de transition ferromagnétique/oxyde et leur importance dans les mécanismes de transport tunnel polarisé en spin. Le travail a porté sur des bicouches ultraminces NiMnSb/MgO(001), Fe/ MgO(001), Co/ MgO(001) et Mn/ MgO(001) élaborées par épitaxie par jets moléculaires. L'originalité de ce travail réside dans l'étude approfondie des propriétés électroniques du matériau magnétique en contact avec la barrière d'oxyde : hybridation, polarisation et magnétisme à l'interface ont été étudiés en utilisant les techniques de laboratoire ainsi que le rayonnement synchrotron. Parallèlement, l'étude des effets magnétorésistifs dans des jonctions tunnel totalement épitaxiées Fe/MgO/Fe(001) a apporté des preuves du filtrage par la barrière MgO des ondes de Bloch en fonction de leur symétrie. Enfin, nous avons mis en évidence l'influence de la qualité structurale et chimique de l'interface Fe/MgO et des électrodes sur ces mécanismes.