Dans les milieux liquides où la polarisation et la densité de spins nucléaires sont importantes, la dynamique de l'aimantation, analysée par RMN (résonance magnétique nucléaire), est perturbée par les couplages internes induits par les champs magnétiques dipolaires locaux. Le présent mémoire décrit certaines conséquences associées à la présence dans l'échantillon d'une forte concentration de 129Xe hyperpolarisé par pompage optique (polarisation jusqu'à 20%), notamment les modifications des spectres RMN du proton et du xénon en présence. Puis nous présentons les résultats de l'expérience SPIDER, ayant pour but de transférer de façon cohérente la polarisation du xénon aux protons d'aimantation thermique afin d'accroître leur signal RMN. Ensuite, nous décrivons l'apparition d'émissions maser chaotiques répétées, dues au couplage inductif entre l'aimantation du xénon dans un état instable et la bobine d'analyse accordée à sa fréquence de Larmor (ici 138 MHz). Enfin, nous présentons dans la dernière partie une nouvelle méthode d'accord d'une sonde RMN permettant dans certaines conditions de réception un gain important en sensibilité et en forme de signaux, avant de conclure sur les limites de la théorie classique de la relaxation dans le cas des fortes aimantations en phase liquide.

Ce travail a porté sur la préparation et l'étude de matériaux magnétiques fonctionnels en couches dans l'optique d'une utilisation dans des micro-systèmes magnétiques. Deux systèmes de matériaux ont été étudiés: le FePt, qui est un matériau magnétique dur, et le FeRh, qui a une transition antiferromagnétique-ferromagnétique proche de la température ambiante. Dans le cas du FePt, les influences de la concentration en Pt, de l'ajout de Cu et des traitements thermiques, sur la transition de la phase A1 désordonnée, de faible anisotropie, à la phase L10 ordonnée, de forte anisotropie, ont été étudiées. Les dépendances en température de l'aimantation spontanée et du champ d'anisotropie de la phase L10 ont été déduites de l'analyse des courbes d'aimantation. Le pic d'Hopkinson qui est lié aux processus d'aimantation de la phase L10 à l'approche de la température de Curie a été modélisé. Dans le cas du FeRh, les influences de la concentration en Rh et des traitements thermiques ont été étudiées. Une analyse thermodynamique des mesures d'aimantation et des mesures de calorimétrie différentielle a été effectuée. Enfin, des couches hybrides de FePt-FeRh ont été déposées sur des substrats pré-gravés, pour démontrer la potentialité d'utiliser le FeRh pour contrôler thermiquement le champ de fuite généré par le FePt.

La miniaturisation des moteurs est un point important dans le domaine des microsystèmes. De nouveaux moteurs synchrones planaires de diamètres § 3 à <|> 8 mm ont été fabriqués, qui devraient stimuler le développement des micromoteurs. Leurs performances remarquables sont dues à leur conception hybride adaptée à l'état de l'art des moyens de fabrication disponibles. Ils allient ainsi un bobinage statorique triphasé à 2 couches obtenu par une utilisation innovante des techniques de lithographie profonde, à un rotor disque en SmCo aimanté avec jusqu'à 15 paires de pôles, le tout étant encapsulé dans un boîtier usiné avec lès moyens éprouvés de l'industrie horlogère. Ce travail fait d'abord un bilan général de l'état de l'art des micromoteurs, puis décrit tout le processus de conception, et enfin la fabrication de prototypes de micromoteurs synchrones planaires à aimants, qui développent un couple nominal approchant 100 uN.m.

Ce travail a pour objectif de contribuer à l'étude du magnétisme dans les oxydes isolants de type $AB_2$O$_6$ ($A=$ Fe, Co, Ni; $B=$ Ta, Sb). Ces composés cristallisent dans une structure trirutile et présentent une variété très riche de phases magnétiques. Tous les ordres observés peuvent être classés comme antiferromagnétiques mais diffèrent d'un ordre simple de type Néel. En outre, les substitutions comme Fe$_x$Co$_{1-x}$Ta$_2$O$_6$, Fe$_x$Ni$_{1-x}$Ta$_2$O$_6$ et Co$_x$Ni$_{1-x}$Ta$_2$O$_6$ conduisent à des domaines de coexistence de phases magnétiques et à des points bicritiques dans les diagrammes de phases $T_N(x)$. Une caractéristique particulièrement intéressante de ces composés est le caractère quasi-bidimensionnel de leur magnétisme, puisque les ions de métaux de transitions $A$ apparaissent dans des réseaux plans séparés par deux plans d'ions non magnétiques $B$. Une forte anisotropie de champ cristallin est observée sur les sites magnétiques, résultant de la distorsion axiale des octaèdres d'oxygènes qui entourent ces ions $A$. Nous avons abordé deux aspects complémentaires: théorique et expérimental. Du point de vue théorique, une reformulation du modèle bidimensionnel jusqu'à present utilisée pour décrire la susceptibilité paramagnétique nous a permi d'obtenir des constants d'échange compatibles avec les types d'ordre magnétique planaire observés. Considérant que le caractère tridimensionnel des structures magnétiques révélées par diffraction neutronique indique l'importance du couplage entre plans, quoique faible, à basse température, nous proposons un modèle tridimensionnel coherent avec les ordres observés dans le plan $ab$ ainsi que le long de l'axe $c$. Du point de vue expérimental, nous faisons des substitutions sur le site non magnétique pour modifier de façon systematique l'espacement entre les plans magnétiques et, en consequence, le couplage entre eux. En particulier, nous avons synthétisé des composés du type $A$Nb$_x$Ta$_{2-x}$O$_6$ avec $A$ = Fe, Ni et Co, tout en restant dans le domaine de stabilité de la phase quadratique, puisque la présence de Nb favorise une phase orthorhombique. Une caractérisation structurale et magnétique de ces systèmes est faite par diffraction de rayons X et de neutrons, complétées par des mesures de susceptibilité magnétique, chaleur spécifique et aimantation en fonction du champ appliqué. Nous étudions également des séries avec Sb à la place de Nb où nous avons également effectué des remplacements sur le site magnétique.

Les travaux présentés dans ce manuscrit consistent à élaborer par la méthode céramique des oxydes ferromagnétiques de type pérovskite et à étudier leurs propriétés physiques (structurales, magnétiques, magnétocaloriques..). Nous avons commencé ce travail par la synthèse de séries de manganites à base de praséodyme ( Pr0.6-xEuxSr0.4MnO3 et Pr0.6-xErxSr0.4MnO3 ) et de lanthane ( La0.6Sr0.2Ba0.2-x□xMnO3 et (La0.6Sr0.2Ba0.2MnO3)1-x /(Co2O3)x ) en utilisant la méthode solide-solide à haute température. Les échantillons élaborés ont été caractérisés par diffractométrie de poudre RX. Les diffractogrammes obtenues ont été affinés par la méthode Rietveld en utilisant le logiciel Fullprof. L'affinement structural a montré que les manganites synthétisés se présentent sous forme de phases pures avec des raies fines et intenses sans phases parasites et cristallisent dans des structures déformées.Des mesures magnétiques (M(T) et M(H)) ont permis d'obtenir des informations sur le comportement magnétique à basse température, les transitions magnétiques et l'évaluation de l'aimantation à saturation. L'aimantation en fonction de la température montre que ces manganites présentent des transitions ferromagnétiques - paramagnétiques et que leurs températures de Curie diminuent sous l'effet de la substitution dans le cas des composés à base du praséodyme et sous l'effet de l'introduction des lacunes dans le système basé sur le lanthane. Les isothermes M (H) confirment le comportement ferromagnétique à basses températures des échantillons étudiés. A partir de ces mesures et en utilisant les relations de Maxwell, on a déterminé les variations d'entropie magnétique ∆Sm et on a évalué l'effet magnétocalorique présent dans ces matériaux. Via la connexion entre la chaleur spécifique et l'aimantation, on a déterminé la variation de la chaleur spécifique ∆Cp dans tous ces échantillons en exploitant les résultats ∆Sm. Nos résultats confirment que les grandeurs caractéristiques de l'effet magnétocalorique sont très sensibles au champ magnétique appliqué, d'où l'étude de leur dépendance en champ magnétique présente un très grand intérêt. Cette dépendance en champ magnétique de la variation d'entropie magnétique peut être exprimée selon une loi de puissance de type ∆Sm ~ a (µ0H)n où n est appelé exposant local. Cette étude permet donc d'une part, d'identifier les matériaux qui se comportent de façon similaire et les voies d'amélioration de ces propriétés et elle constitue, d'autre part, un outil intéressant permettant d'extrapoler ces propriétés dans des conditions non accessibles au laboratoire. / The studies presented in this manuscript deal with the synthesis and characterization of ferromagnetic perovskite oxides. Four material systems have been described in this work ( Pr0.6-xEuxSr0.4MnO3 et Pr0.6-xErxSr0.4MnO3 ) et lanthanum ( La0.6Sr0.2Ba0.2-x□xMnO3 et (La0.6Sr0.2Ba0.2MnO3)1-x /(Co2O3)x ) . Our samples have been synthesized using the solid-state reaction method at high temperatures. Rietveld refinement of the X-ray diffraction patterns using Fullprof program shows that all our samples are single phase and crystallize in the distorted structures. Magnetic measurements show that all our samples exhibit a paramagnetic–ferromagnetic transition with decreasing temperature. The Curie Temperature TC shifts to lower values with increasing substitution in the Pr0.6-x(Eu or Er)xMnO3 system and under the effect of barium deficiency in the La0.6Sr0.2Ba0.2-x□xMnO3 system. From the magnetization isotherms at different temperatures, magnetic entropy change ∆Sm and relative cooling power RCP have been evaluated. By means of the connection between the specific heat and the magnetization was determined the variation of the specific heat ΔCp in these samples using the results ΔSm. Our results confirm that the characteristic values of the magnetocaloric effect are very sensitive to the applied magnetic field, where the study of their dependence on magnetic field has a very great interest. For fixed temperatures, the magnetic field dependence of magnetic entropy change ∆Sm is accounted for by the n exponent, which may be derived by a numerical fitting to the formula ∆Sm ~ a (µ0H)n where a is a constant. This study allows one hand, identify materials that behave similarly and ways to improve these properties and it is, on the other hand, a useful tool to extrapolate these properties under conditions not accessible in the laboratory.

Un magnétomètre microSQUID basse température couplé à une antenne micro-onde a été utilisé pour sonder la dynamique du retournement assisté de l'aimantation d'une nanoparticule ferromagnétique. Grâce au développement d'une technique de mesure originale, basée notamment sur le contrôle de l'amplitude et de la phase du champ micro-onde, nous avons pu mettre en évidence les bassins d'attraction liés aux modes de précession présents dans la dynamique de l'aimantation. Il devient possible de contrôler le retournement de l'aimantation selon que l'amplitude et la phase du champ AC sont judicieusement choisis dans l'un ou l'autre des bassins d'attraction. Nous avons pu mettre en évidence un fait contre-intuitif où le retournement est bloqué par une phase "mal" choisie alors que l'amplitude est largement suffisante pour retourner le système avec une autre phase. De plus, nous avons pu utiliser la sensibilité des bassins d'attraction aux paramètres gouvernant la dynamique de l'aimantation pour déterminer expérimentalement une valeur de la constante d'amortissement de Gilbert α. C'est d'ailleurs la première mesure de la constante d'amortissement sur une nanoparticule unique. / A low temperature microSQUID magnetometer coupled to a microwave antenna was used to probe the assisted switching of the magnetization of a ferromagnetic nanoparticle. Using an original measurement protocol based on the control of the microwave amplitude and phase, we studied the basins of attraction of the precessional modes of the magnetization dynamics. The switching of the magnetization can thus be controlled by choosing an amplitude and phase in one particular basin. In particular, we evidenced the counter intuitive fact that the magnetization switching can be prevented by choosing a “wrong” phase, even though the amplitude is high enough to switch the system with another phase. Moreover, we used the basin's sensitivity to the parameters governing the magnetization dynamics to determine a value for the Gilbert's damping constant α. This is the first measurement of the damping constant on an individual nanoparticle.

Cette étude s’intéresse en premier lieu aux caractéristiques magnétiques d’échantillons de BIFs (Banded Iron Formations) en provenance de Mauritanie, où est observable la plus grande partie de l’Anomalie Magnétique Ouest Africaine (AMOA). On met en évidence des valeurs de susceptibilité magnétique allant jusqu’à 3.4 SI, et d’aimantation rémanente jusqu’à 1350 A/m, dans les BIFs. Des valeurs de rapport de Koenigsberger pour la plupart supérieures à 1 impliquent également que la rémanence devrait être prise en compte pour expliquer l’AMOA. L’effet de la pression sur les propriétés magnétiques de la titanomagnétite a également été étudié, car ce paramètre est peu connu, et la plupart du temps négligé dans les modèles numériques des sources des anomalies magnétiques. On montre ainsi une dépendance à la pression de la température de Curie de l’hématite et de la titanomagnétite, ainsi qu’une augmentation de l’Aimantation Thermo Rémanente (ATR) acquise à des pressions lithosphériques, allant jusqu’à +100% à 675 MPa. Un modèle numérique de la croûte sous l’AMOA est ensuite construit, à l’aide de ces contraintes et de données magnétiques et gravimétriques. On utilise une approche directe pour investiguer la profondeur, l’épaisseur et l’intensité d’aimantation des lithologies crustales. Nos résultats montrent que des couches de BIFs sont les seules sources crustales aimantées nécessaires pour expliquer l’anomalie, et qu’elles pourraient être enfouies à plusieurs kilomètres de profondeur. Les résultats de cette étude fournissent de nouvelles perpectives pour l’étude des sources d’anomalies magnétiques dans d’autres régions cratoniques comportant des affleurements de BIFs / The geological sources of major magnetic field anomalies are still poorly constrained, in terms of nature, geometry and vertical position. A common feature of several anomalies is their spatial correlation with cratonic shields and, for the largest anomalies, with Banded Iron Formations (BIF). This study first unveils the magnetic properties of some BIF samples from Mauritania, where the main part of the West African magnetic anomaly is observed. It shows magnetic susceptibility values up to 3.4 SI and natural remanent magnetization up to 1350 A/m can be reached by BIF rocks. Koenigsberger ratios mostly superior to 1 imply that the remanent magnetization should be taken into account to explain the anomaly. I also investigated the impact of pressure on magnetic properties of titanomagnetite, because it is not well known and most of the time neglected in numerical models of the geological sources of magnetic anomalies. My results show a pressure-dependent Curie temperature increase, as well as an intensity increase for TRM acquired under lithospheric pressure (up to +100% at 675 MPa). A numerical modeling of the crust beneath the West African anomaly is then performed using these constraints and both gravity and magnetic field data. A forward approach is used, investigating the depth, thickness and magnetization intensity of all possible crustal lithologies. Our results show that BIF slices may be the only magnetized lithology needed to explain the anomaly, and that they could be buried several kilometers deep. The results of this study provide a new perspective to address the investigation of magnetic field anomaly sources in other cratonic regions with BIF outcrops

Les matériaux magnétiques composites doux sont utilisés pour réaliser des circuits magnétiques de machines électriques. Ils sont formés de particules de fer revêtues d’une mince couche de diélectrique et pressées à haute densité. La conception des machines électriques à l’aide de ces matériaux requiert la connaissance de méthodes de caractérisation de leurs propriétés électriques et magnétiques. L’optimisation des propriétés magnétiques des matériaux composites nécessite la compréhension des phénomènes se produisant à l’échelle microscopique et de leur influence sur la caractéristique d’aimantation à l’échelle macroscopique. Des méthodes de caractérisation adaptées aux matériaux magnétiques composites sont développées dans cette thèse : elles concernent la mesure de la caractéristique d’aimantation, de la résistivité et des pertes magnétiques. L’utilisation de ces méthodes démontre que l’inhomogénéité et l’anisotropie des propriétés des circuits magnétiques faits de matériaux magnétiques composites, considérées comme relativement négligeables dans les travaux publiés jusqu’à présent, sont suffisamment importantes pour influencer le développement du matériau, le dimensionnement des machines électriques et les tests de qualité en production. Un modèle permettant de relier la caractéristique d’aimantation à la structure des matériaux magnétiques composites et aux propriétés des constituants est proposé. Ce modèle est basé sur la simulation en calcul des champs de l’écoulement du flux magnétique à travers la structure microscopique du matériau et il permet de retrouver la caractéristique d’aimantation à l’échelle du circuit magnétique. Les relations obtenues démontrent un couplage significatif entre les propriétés globales, comme la perméabilité maximale, et certaines grandeurs à l’échelle microscopique, comme l’épaisseur du revêtement des particules de fer. Les modèles et les méthodes de caractérisation proposés peuvent ainsi être efficacement utilisés pour l’optimisation des dimensions des machines faites de matériaux magnétiques composites ainsi que pour l’optimisation des propriétés de ces matériaux en vue d’applications spécifiques. / Soft magnetic composite materials are used to produce magnetic circuits in electrical machines. They are made of iron particles coated with a thin dielectric layer pressed to high densities. Electrical machine design using soft magnetic composites requires techniques for measuring their electrical and magnetic properties. The optimization of soft magnetic materials properties requires understanding the microscopic scale magnetization phenomenon, as well as its influence on macroscopic properties. Measurement methods for magnetization, resistivity and magnetic losses, which are adapted to soft magnetic materials, are developed in this thesis. These methods show that materials inhomogeneity and anisotropy, which were until then considered negligible in published work, are sufficiently important to influence materials development, machine design and quality tests. Modeling of magnetization relates microscopic scale magnetization phenomenon to global magnetic properties, such as the effect of dielectric coating thickness on magnetic permeability. A model is developed that relates material properties to its structure and composition. Based on finite elements simulation of magnetic flux flow into the material structure, this model allows for finding the material’s global magnetization curve. Relations between process parameters and magnetic properties show strong coupling between microscopic structure and properties. An example of that coupling is the effect of dielectric coating thickness on magnetic permeability. The proposed measurement methods and magnetization models can be used for the optimization of machine dimensions, and for the optimization of materials properties designed for specific applications.

La manipulation de l’état magnétique d’un système ferromagnétique présente un grand intérêt en raison de possibles applications technologiques. Comprendre les mécanismes fondamentaux qui contrôlent l’aimantation est donc particulièrement important. La compréhension de certains mécanismes peut également avoir un impact dans d’autres domaines de la physique. C’est le cas par exemple de la dynamique de déplacement de parois de domaines sous champ magnétique dans le régime de reptation (creep) qui peut être assimilé à celui d’une interface élastique et qui présente un caractère universel. Cette thèse présente tout d’abord, à travers un travail expérimental sur des couches ultra-minces de Pt/Co/Pt, une description complète de la dynamique de déplacement de parois de domaines sous champ magnétique. Une analyse auto-cohérente permet d’extraire tous les paramètres de contrôle, des exposants universels sont confirmés et un nouveau régime dynamique (le TAFF) est identifié. Une deuxième étude porte sur le déplacement de parois sous courant électrique en géométrie étendue dans un film de (Ga,Mn)(As,P). Cette étude met en évidence des instabilités de forme des parois de domaines soumises à un gradient de courant électrique. Les limites de stabilités sont analytiquement prédites et présentent un bon accord avec les expériences. Un troisième travail porte sur le renversement de l’aimantation à l’interface entre un film de (Ga,Mn)(As,P) et une électrode non ferromagnétique. Un renversement stochastique de l’aimantation sous courant continu est mis en évidence. Son origine réside dans l’accumulation de spin à l’interface qui diminue fortement l’aimantation locale. Un modèle simplifié permet de décrire la probabilité de retournement de l’aimantation et d’extraire les temps caractéristiques associés. / Effectively manipulating the magnetic state of a ferromagnet has a great interest for possible technological applications. Understanding the underlying fundamental mechanisms is thus particularly important. In some cases, the understanding of some mechanisms may even importantly impact other areas of physics. This is the case for example with field induced magnetic domain walls motion in the creep regime, where the wall can be assimilated to an elastic interface and follows an universal behavior. This thesis presents through an experimental work on Pt/Co/Pt ultra-thin samples, a complete description of the temperature and field dependent domain wall dynamics. A self-consistent analysis allows the extraction of all control parameters, identifying the new Thermally Activated Flux Flow regime, and confirming universal thermal scaling exponents. A second study focuses on current induced domain wall motion in an extended geometry of a (Ga,Mn)(As,P) ferromagnetic film. This study unveils domain wall shape instabilities under a gradient of current. The instability limits are analytically predicted in agreement with the experimental observations. A third work concerns the magnetization reversal mechanism evidenced at the interface between a (Ga,Mn)(As,P) film and a non-ferromagnetic electrode under a current flow. The reversal is shown to be stochastic and mainly governed by the spin accumulation at the interface, which reduces importantly the local magnetization. A simplified model allows the description of the reversal probability and the time scales involved in the mechanism of reversal are accessed and discussed.

Les mesures des cycles d'hystérésis des échantillons monocristaux d'YBa2Cu3O7-Δ et de <br />La2-xSrxCuO4, qui ont été effectué par le magnétomètre à échantillon vibrant à cause de leurs grandes tailles. Le champ magnétique a été appliqué parallèlement aux axes cristallographiques. A très basse température T < 4.2 K pour La2-xSrxCuO4 et T < 10 K pour YBa2Cu3O7-Δ, les cycles présents des formes très caractéristique, des sauts très important. Dans ce cas le champ n'a pas pénétré jusqu'au centre de l'échantillon. A plus haute température le phénomène disparaît. Un autre effet apparaît sur les deux monocristaux, cet effet est appelé l'effet papillon.<br /><br />Nous avons exposé le modèle de Bean qui permet de relier l'aimantation magnétique mesurée et la densité de courant critique. Nous avons ensuite adapté ce modèle, une prise en compte d'une loi Jc(H), de façon à ce qu'il tienne compte de la géométrie et de l'anisotropie des échantillons. Ainsi, pour H , les vortex sont soumis à l'ancrage extrinsèque assuré par les défauts parallèles à l'axe et on constate que la densité de courant critique résultante de ce piégeage décroît de façon monotone en fonction aussi bien de la température que du champ magnétique. En champ parallèle aux plans ab, la densité de courant critique déduite des cycles d'aimantation M(H) présentent un comportement différent de celui correspondant au champ parallèle à l'axe : elle est très peu sensible au champ magnétique appliqué. C'est une caractéristique de l'ancrage intrinsèque dû à la structure lamellaire de ces matériaux. <br /><br />La méthode du courant pulsé qui permet de mesurer les caractéristiques E(J) avec précision dans une large gamme des températures, conduit à une très grande précision sur la détermination de la densité de courant. Nous nous sommes basés sur le modèle classique du flux creep pour analyser nos résultats expérimentaux. Nous avons montré que ce modèle prévoit une transition de phase dans le réseau de vortex.<br /><br />Nos données expérimentales montrent l'existence de la transition de verre vortex dans les films minces d'YBa2Cu3O7-Δ. Ceci est en accord avec la théorie de verre de vortex de Fisher et al. pour des champs magnétiques différents de zéro. Au voisinage d'un champ appliqué nul, l'isotherme de la transition de verre de vortex est plus difficile à déterminer à cause du champ propre et de l'anisotropie de ces matériaux.<br /><br />En étudiant les propriétés magnétiques de l'état supraconducteur des Κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br au voisinage et en dessous de Tc (~11 K), en fonction de la température de recuit autour de 80 K (Ta) et du temps de recuit (ta). Les résultats principaux sont les suivants. 1) Les données peuvent être décrites à l'aide d'un modèle de percolation de grains. 2) Les grains croissent avec ta vers un état thermodynamique stable. 3) Cette croissance suit une loi d'exponentielle étirée, où le temps de relaxation suit une loi d'Arrhenius. Pour chaque température Ta, la taille finale des grains – pratiquement atteinte pour des ta d'environ 5Τ – est indépendante de l'histoire thermique antérieure de l'échantillon. 4) L'aimantation asymptotique suit une loi d'échelle où Tg ⊥ 55 K est la température de la transition vitreuse. Finalement, Les présents résultats prouvent clairement que les propriétés de la supraconduction sont déterminées par le désordre figé crée en traversant la transition de verre et pas par un début possible d'effets magnétique au-dessous de cette transition. L'analogie avec les verres de spin est simple : comme pour les spins d'Ising, les molécules de l'éthylène ont seulement deux états possible.