La législation européenne sur les émissions des véhicules devient de plus en plus sévère et ceci afin de minimiser l'impact sur l'environnement de la pollution occasionnée par les moteurs à combustion interne. La réduction des pertes par frottement et une plus faible consommation du carburant représentent différents aspects sur lesquels il est possible d’intervenir dans ce sens. Pour diminuer les pertes par frottement, plusieurs approches ont été utilisées, soit au niveau du design des pièces mécaniques, soit au niveau de l’optimisation du lubrifiant pour un contact considéré. Le dithiocarbamate de molybdène (MoDTC) est l’un des additifs modificateur de frottement permettant d’atteindre les plus faibles coefficients de frottement pour un contact acier/acier lubrifié en régime limite. La molécule se décompose dans le contact à des températures et des pressions élevées, en formant des feuillets lamellaires de MoS2 sur les surfaces frottantes. Cependant, il est nécessaire d'optimiser la durée de vie de ces additifs, en empêchant leurs appauvrissements ou dégradations prématurés dans le lubrifiant. Il a été montré, en effet, que les performances du MoDTC sont sensibles au temps de fonctionnement du moteur et sont donc liées à sa dégradation. L'objectif principal de cette thèse était donc de mieux comprendre le comportement tribologique (frottement et usure) d’une huile de base contenant du MoDTC en fonction de la dégradation du lubrifiant pour des contacts acier/acier et DLC/acier. L’approche utilisée pour mieux comprendre le comportement du MoDTC lorsqu'il est soumis à une dégradation thermo-oxydative consiste à combiner des expériences tribologiques, à des caractérisations de surface (XPS, FIB / TEM / EDX, Raman, SEM) et à des caractérisations chimiques des huiles (chromatographie en phase liquide, spectroscopie de masse, FT-IR). Un lien direct et cohérent entre la composition du tribofilm et la voie de décomposition chimique de l'additif MoDTC proposée a été mise en évidence. Les additifs modernes sont conçus pour être utilisés sur des surfaces à base de fer. Il est donc essentiel d'optimiser simultanément les lubrifiants et les revêtements pour améliorer leurs performances. Dans cette thèse, un modèle d'usure du revêtement DLC hydrogéné lubrifié en présence de MoDTC a été proposé. Nous avons établi à l’aide de plusieurs techniques, que l’usure est due principalement à la formation de carbure de molybdène présent dans le tribofilm formé à la surface de l’acier. / European legislation on vehicle emissions continues to become more severe to minimize the impact of Internal Combustion Engines (ICE) on the environment. One area of significant concern in this respect is the reduction of friction losses resulting in reduced emissions and as well as higher fuel efficiency and lower fuel consumption. To decrease these losses, several approaches have been made particularly at design of mechanical parts stage and at experimental level to optimize lubricant components. A great contribution to solve the problem can be given by the optimization of the additives package blended into the engine lubricants. The molybdenum dithiocarbamate (MoDTC) is the additive showing the best tribological performance by acting as friction modifier. It decomposes under high temperatures and pressure, forming layered structures on the engine surfaces. However, the use of effective friction reducing additives to achieve low boundary friction coefficient is not enough to have great engine fuel efficiency. In addition, in fact, it is needed also to maximize their durability, preventing premature consumption or depletion of these additives. It has been shown, in fact, that the friction reduction performance of MoDTC is sensitive to engine operating time and that is related to the degradation of MoDTC itself. In the first part of my thesis we tried to get a good comprehension of the chemical mechanisms of MoDTC ageing and to study the impact on the tribological properties. The chemical bulk oil characterization of MoDTC blended into the base oil when subjected to thermo-oxidative degradation allowed to propose a new hypothetical chemical pathway followed by the friction modifier molecules during the ageing process. At the same time, these findings were linked to the impact of the MoDTC degradation on its tribological properties. As reported in literature, another MoDTC drawback is its strong antagonism with DLC coating. In fact, when DLC-involving contacts are lubricated by MoDTC-containing base oil, a catastrophic DLC wear is produced. For this reason, in the second part of the project a multi-techniques approach has been adopted to get a better understanding of this wear mechanism. The combination of all the findings allowed to propose for the first time a new wear mechanism based on the formation of molybdenum carbide species inside the contact. A strong chemical interaction between the molybdenum-based species formed on the steel counter-body and the carbon of the DLC material has been supposed, leading to the formation of MoC species. All the results found are discussed to clarify the correlation between degradation time, tribological performance and tribofilm characterizations in both steel/steel and DLC/steel contact.

Le travail qui est présenté dans ce manuscrit est le résultat d'une série d'expériences qui ont été effectuées à la fois à l'Université du Maine (IMMM Le Mans) et aux lignes de lumière lD10 et lD02 de l'ESRF (Grenoble) où j'ai passé la moitié de mon temps. Le projet que j'ai travaillé pendant trois ans a été principalement orienté sur l'étude des nanomatériaux qui ont été exposés au CO2 supercritique en utilisant de diffusion des rayons X. Par conséquent une partie de ce travail a été consacrée à la description des propriétés de ce fluide supercritique et comment il interagit avec des matériaux tels que les polymères par exemple. Les matériaux analysés ont été le polystyrène sous forme de film et des ilots, ensuite des matériaux meso-structures avec des tensioactifs fluorés et finalement le carbonate de calcium. Due à la taille nanométrique de tous ces matériaux, les techniques de rayons X qui ont été largement utilisés dans ce travail étaient Small angle X-ray scattering (SAXS), Grazing Small angle X-ray scattering ( (GISAXS) et X-ray reflectivity (XRR). / The work that is presented in this manuscript is the result of a series of experiments that were performed both at the Université du Maine (IMMM Le Mans) and at the ID10 and ID02 beam lines of the ESRF (Grenoble) where I have equally spent half of my time. The project I have been working on for three years was mostly oriented on the study by means of X-ray scattering probes of nanomaterials that were exposed to supercritical CO2. As a result another part of this work will be also dedicated to describing the properties of this supercritical fluid and how it interacts with materials such as polymers for instance. The analyzed materials were thin film and small island of polystyrene, then materials mesostructures using fluoro-surfactants and finally calcium carbonate. Due to the nanoscale of these materials, the X-ray probes that were extensively used in this work were Small Angle X-ray scattering (SAXS), Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering (GISAXS) and X-ray Reflectivity (XRR).

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la recherche d'une amélioration des conditions de réalisation des dispositifs photovoltaïques à base du matériau semiconducteur ternaire CuInS2, qui doit constituer la couche absorbante dans la cellule solaire. Différentes techniques économiquement rentables ont été retenues pour l'élaboration de ce matériau : nous avons sélectionné le dépôt chimique en solution (CBD), la pulvérisation chimique réactive avec air (spray) et la pulvérisation chimique réactive sans air (PSA). Les matériaux élaborés ont été inclus dans des dispositifs photovoltaïques, pour lesquels le CuInS2 est réalisé soit avec la méthode PSA (CuInS2/ZnO/SnO2/verre ou CuInS2/In2S3/ZnO/SnO2/verre), soit avec la méthode de spray (CuInS2/In2S3:Al/SnO2/pyrex ou CuInS2/ZnS:In/SnO2/pyrex).Globalement, les propriétés structurales, morphologiques et optiques sont satisfaisantes. Pour les cellules incluant le CuInS2 déposé par spray, le photo-courant existe et atteint jusqu'à 200 µA dans le cas de la cellule CuInS2/ZnS:In/SnO2/pyrex, ou environ 4 A/cm2. / Photovoltaic solar cells based on I–III–VI2 ternary chalcopyrite absorber layers, have been the focus of intense investigation for over two decades. The use of chalcopyrite absorbers are highly appealing since their bandgaps correlate well to the maximum photon power density in the solar spectrum. Cu-chalcopyrite semiconductors have been studied extensively in recent years due to their applications as absorbers for large-area low-cost photovoltaic devices. CuInS2 as a chalcopyrite-semiconductor material has a direct band gap of 1.5 eV, a high absorption coefficient and nontoxic constituents and is, therefore, a promising candidate for photovoltaic applications. Different methods have been used to prepare CuInS2 films. Among these methods, spray pyrolysis, used in the present study, is an attractive one because large-area films with good uniformity may be prepared at low cost.

Les couches minces d'oxyde présentent un large éventail de phénomènes physiques et riches diagrammes de phase, ajustables par l'ingénierie des déformations et des interfaces. Le CaMnO3, en particulier, est extrêmement sensible au dopage et aux contraintes d’épitaxie et, lorsqu'il est élaboré sous compression, il passe d'un état isolant et antiferromagnétique à un état métallique et faiblement ferromagnétique à seulement 2% de dopage au Ce.Nous avons utilisé une combinaison de spectroscopie de photoémission résolue en angle, de magnétotransport et de théorie de la fonctionnelle de la densité pour étudier les propriétés électroniques de ce matériau. Nous avons observé l'existence de deux porteurs de charge distincts, les électrons légers et les polarons lourds, dont la nature diffère en raison de leur couplage radicalement différent aux phonons. Nous attribuons ces différences à un remplissage relatif différent de la bande en raison des corrélations, qui améliorent considérablement le couplage aux phonons de la bande des polarons lourds. Les expériences de magnétotransport révèlent que la bande polaire domine le transport malgré sa mobilité réduite.La compression épitaxiale donne également lieu à une forte anisotropie magnétique qui stabilise des bulles magnétiques et s’accompagnent d’un effet Hall topologique. Cela suggère que ces bulles ont un caractère topologique. L'effet Hall topologique diverge lorsque la manganite s'approche de la transition métal-isolant à faible dopage. Nous avons utilisé une théorie récemment développée pour interpréter ce comportement, et nous concluons que des corrélations peuvent entrer en jeu, augmentant la masse effective des porteurs et par conséquent l'effet Hall topologique.Comme cette manganite est très sensible aux changements de densités de porteurs, nous avons développé des transistors à effet de champ ferroélectriques BiFeO3/(Ca,Ce)MnO3. Lors de la commutation de la polarisation ferroélectrique de la couche supérieure de BiFeO3, nous n'avons pu observer de changement notable dans les propriétés des couches de manganite sous-jacentes. Nous avons utilisé la microscopie électronique en transmission pour étudier les propriétés de ces bicouches avec une résolution atomique, et nous avons observé que l'épinglage de polarisation à l’interface BiFeO3/(Ca,Ce)MnO3 empêche une commutation complète de la polarisation et réduit ainsi la capacité opérationnelle de ces dispositifs. Néanmoins, nous avons pu détecter l’influence de la polarisation ferroélectrique sur les propriétés électroniques de la manganite à l’échelle atomique. / Oxide thin films feature a wide range of physical phenomena and rich phase diagrams tunable by strain and interface engineering. CaMnO3, in particular, is extremely sensitive to both doping and strain and, when grown with compressive strain, transitions from an insulating and antiferromagnetic state to a metallic and weakly ferromagnetic state at only 2% Ce doping.We used a combination of angle-resolved photoemission spectroscopy, magnetotransport, and density functional theory to study the electronic properties of this material. We observed the existence of two separate charge carriers, light electrons and heavy polarons, whose physical nature differs because of drastically different couplings to phonons. We ascribe these differences to a different relative band filling due to correlations, which enhance greatly the coupling to phonons of the heavy polarons band. Magnetotransport experiments reveal that the polaron band dominates transport despite its lower mobility.Compressive strain also gives rise to a strong magnetic anisotropy which stabilizes magnetic bubbles that accompany a topological Hall effect. This suggests that these bubbles have topological character, i.e. are skyrmion bubbles. The topological Hall effect diverges as the manganite approaches the metal-insulator transition at low dopings. We used a recently developed theory in order to interpret this behavior, and we conclude that correlations may come into play, enhancing the effective mass of the carriers, and in turn the topological Hall effect.As this manganite is highly sensitive to changes in doping and carrier density, we grew BiFeO3/(Ca,Ce)MnO3 ferroelectric field-effect transistors. Upon switching the ferroelectric polarization of the BiFeO3 top layer, we could not observe any sizable changes in the properties of the underlying manganite layers. We used transmission electron microscopy to study the properties of these bilayers with an atomic resolution, and we observed that polarization pinning at the BiFeO3/(Ca,Ce)MnO3 impedes a complete switch of the polarization and so reduces the operational capabilities of these devices. Nevertheless, we could detect modifications of the electronic properties of the manganite induced by polarization reversal at the atomic scale.

Ce travail de thèse se place dans le contexte du dépôt de couches minces nanocomposites par des procédés à plasma à basse pression assistés par aérosols. Cinq études ont été réalisées dans le but de comprendre les mécanismes fondamentaux propres à ce type de procédé. Dans un premier temps, l’étude de la croissance des couches minces nanocomposites par ellipsométrie spectroscopique in situ a montré que l’apport de matière à l’échantillon se faisait alternativement riche en matériau matrice, puis en nanoparticules. Par la suite, l’étude microscopique de la surface des échantillons et la simulation de l’évaporation des gouttelettes dans le plasma a permis d’identifier l’ébullition « flash » comme étant le mécanisme principal de pulvérisation des aérosols dans le plasma à basse pression. Dans un troisième temps, l’étude de l’interaction aérosol-surface a permis de mettre en évidence l’apparition de l’évaporation « stick-slip » puis de l’effet Leidenfrost sur les surfaces chaudes. Ensuite, des mesures de spectroscopie d’émission optique résolues en temps couplées à un modèle collisionnel-radiatif ont permis d’examiner l’interaction aérosol-plasma suite à l’injection pulsée de liquide dans un plasma d’argon. Ainsi, l’évolution temporelle des propriétés fondamentales du plasma ont été déterminées, mettant en évidence les variations de température électronique et de densité électronique provoquées par l’injection d’aérosol. Enfin, les connaissances tirées des études précédentes ont été mises en application lors de la synthèse de couches minces nanocomposites contenant des nanomatériaux de natures variées, à savoir des clusters moléculaires, des nanoparticules sphériques et des nanotubes de carbone. / This work focuses on the growth of nanocomposite thin films using aerosol-assisted low-pressure plasma processes. Five studies were carried out with the aim of understanding the fundamental mechanisms involved in this specific category of processes. First, a study of nanocomposite thin film growth using in situ spectroscopic ellipsometry showed that the material input to the sample was alternately matrix- and nanoparticles-predominant. Second, so-called "flash" boiling was identified as the main mechanism for droplet formation in the low-pressure plasma, by confronting an evaporation model to the measured droplet size on the samples’ surface. Third, the study of aerosol-surface interaction revealed that hot surfaces lead to "stick-slip" evaporation and Leidenfrost-induced motion on hot surfaces. Then, time-resolved optical emission spectroscopy measurements coupled to a collisional-radiative model were used to look into the aerosol-plasma interaction after the pulsed injection of liquid into a low-pressure argon plasma. The evolution of fundamental plasma properties was determined, bringing to light the variations in electron temperature and electron density caused by aerosol injection. Finally, the insight gained from the previous studies has been applied to grow nanocomposite thin films containing various nanomaterials, namely molecular clusters, spherical nanoparticles, and carbon nanotubes.

Les cellules photovoltaïques en couches minces de silicium cristallin sont des candidates prometteuses pour réduire le prix du watt-crête de l'énergie photovoltaïque, grâce à une très faible utilisation de silicium de haute pureté. Dans notre cas, les couches actives de silicium sont supportées par des substrats, de bas coût et compatibles avec les conditions de haute température nécessaires à une croissance cristalline rapide et de bonne qualité des couches. La société S’TILE développe ces substrats, par frittage à partir de poudres de silicium, et en recristallisant les plaquettes ainsi obtenues. Le but de cette thèse est de valoriser ce substrat pour l’industrie photovoltaïque et de démontrer qu’il est adapté à la fabrication de cellules solaires à bas coût et rendement élevé. Ces travaux utilisent le procédé d’épitaxie de silicium, qui est central pour fabriquer des cellules minces. Ils s’articulent autour de deux axes principaux. Le premier est la fabrication de cellules solaires et leur optimisation sur des substrats de référence monocristallins. Dans ce cadre, de nombreuses voies ont été explorées : l’utilisation de réflecteurs de Bragg en silicium poreux, l’optimisation du dopage de l’émetteur, la formation de gradients de dopage dans la base et l’utilisation de structures à émetteur en face arrière. Ces études ont permis d’évaluer le potentiel de ces différentes voies ; des résultats prometteurs pour l’amélioration du rendement de conversion des cellules sur couches minces ont été obtenus. Le second axe de la thèse est la fabrication de cellules sur les substrats frittés préparés par S’TILE et l’application des moyens développés dans le cadre du premier axe pour améliorer ces cellules. Les rendements encoura-geants obtenus ont ainsi démontré la faisabilité de cellules solaires sur les substrats réalisés par le procédé de frittage à bas coût développé par la société S’TILE. / Crystalline silicon thin-film solar cells are promising candidates to reduce the watt-peak prices of photovoltaic energy, thanks to a much smaller use of high purity silicon. In our case, the active layers of silicon are supported by substrates. These substrates have low production costs and are compatible with the high temperature process steps, which are necessary to a rapid and high-quality crystalline growth. The company S’TILE develops these substrates, by sintering silicon powders and recrystallizing the obtained wafers. The objective of this PhD thesis is to pinpoint the relevance of this substrate for the photovoltaics industry and demonstrate that it is adapted to the fabrication of solar cells with low cost and high efficiency. This work uses the epitaxy process, which is central to fabricate these thin-film cells. It is organized in two main axes. The first one is the fabrication of solar cells and their optimization on monocrystalline reference substrates. Several optimization pathways have been tested: the use of porous silicon Bragg reflectors, the optimization of emitter doping, the base variable doping and the use of rear emitter structures. The studies permitted to unveil the potential of each pathway; promising results were obtained for the improvement of thin-film solar cell conversion efficiency. The second axis of the thesis is the cell fabrication on the substrates prepared by S’TILE and the application of the means developed in the first axis to improve these cells. Encouraging efficiencies have demonstrated the feasibility of solar cells on the substrates made by the low-cost process developed by S’TILE.

Des nouveaux précurseurs non fluorés de cuivre (I) de la famille (b-dicétonate)Cu(L) (où L= BTMSA (Bis(triméthylsilyl) acétylène) ou TMSP (1-(triméthyl silyl) propyne)) ont été synthétisés par réaction acide-base et caractérisés. Parmi les précurseurs synthétisés, (5-méthyle-2,4-hexanedionate)Cu(BTMSA) et (5,5-diméthyle-2,4-hexanedionate)Cu(BTMSA) sont les précurseurs les plus prometteurs; ils sont liquides à température ambiante, très volatils et assez stables. A partir des précurseurs, les films adhérents, continus, purs et conducteurs électriques de cuivre métallique ont été déposés à partir de 170°C sur Ta/TaN. L'AuCl(PF3) a été évalué, dans ce travail de thèse, comme précurseur pour déposer de films minces d'or par CVD thermique. Ce précurseur inorganique a été utilisé sous forme solide pur (à l'aide d'un bulleur) ainsi que dissout dans une solution avec le toluène comme solvant (utilisant un système d'injection direct). En utilisant H2 comme gaz co-réactif, les films minces continus, purs d'or ont été déposés sur Ta/TaN à partir de 110°C. Nous avons étudié l'influence de la nature de gaz vecteurs (N2, H2), de la température de dépôt sur la réaction de décomposition du précurseur ainsi que sur les caractéristiques des films obtenus. L'utilisation de [IrCl(PF3)2]2 comme précurseur pour le dépôt CVD d'iridium a été réalisée, pour la première fois, dans ce travail de thèse. Ce précurseur inorganique est très volatil mais sensible. Nous l'avons généré "in-situ" dans le réacteur de dépôt CVD à partir de IrCl(PF3)4, le produit plus stable et manipulable. Sous N2, [IrCl(PF3)2]2 se décompose à partir de 240°C donnant des films compacts, extrêmement purs d'Ir sur SiO2/Si. Dans le cadre de ce travail, l'influence de la nature de gaz vecteurs (N2, H2 ou O2) et de la température de dépôt sur la croissance des films déposés a été également examinée.

Dans ce travail, nous avons étudié la nucléation, les mécanismes de croissance et les propriétés physico-chimiques de films minces de composés analogues du bleu de Prusse (PBA), de formule générale AxM[M'(CN)6]y.zH2O, où A est un cation alcalin, et M et M' sont des cations divalents et trivalents de métaux de transition. La croissance de films RbNiCr et RbCoFe a été réalisée à partir de solutions contenant tous les précurseurs, sur des surfaces de silicium Si(111) fonctionnalisées par une monocouche dense de groupements pyridyles. Des études en fonction de l'épaisseur des films ont été réalisées à partir de mesures de réflectivité de RX et de caractérisations par AFM. Ces études démontrent que la nucléation est instantanée et que les îlots initialement formés croissent latéralement jusqu'à coalescence. Au-delà d'une épaisseur de 15 nm, les films sont quasi continus et la croissance se poursuit couche par couche. Des mesures de diffraction des rayons X montrent que les grains sont colonnaires et cristallins sur toute l'épaisseur des films avec une texture (002), et sans orientation particulière dans le plan. Pour les films RbNiCr, une composition uniforme Rb0.1Ni[Cr(CN)6]0.7.zH2O, similaire à celle de nanoparticules colloïdales, a été déterminées à partir de mesures par rétrodiffusion Rutherford. Dans le cas des films RbCoFe, les mesures RBS ont montré l'existence d'un excès de Rb par rapport à la composition des nanoparticules. Les mesures des propriétés magnétiques des couches RbNiCr par magnétométrie SQUID donne un moment magnétique de 3,9 μB, en accord avec la valeur théorique, et indiquent une augmentation de la température de Curie de 30 K à 65 K lorsque l'épaisseur des films augmente de 2.7 nm à 46.4nm. Une anisotropie d'aimantation inclinée est observée qui resulte de la texture du film et de la structure colonnaire des grains dont le rapport d'aspect hauteur / diamètre est supérieur à l'unité. Les couches RbCoFe présentent des propriétés de photocommutation (mesures XAS au seuil K du Co) qui indiquent la présence d'une fraction importante (66%) de paires Co(II) / Fe(III). Une étude préliminaire d'hétérostructures RbNiCr / RbCoFe est également présentée.

Dans cette thèse, nous explorons des matériaux basés sur le bismuth qui peuvent présenter des propriétés topologiques. Bi est un composant d’Isolants Topologiques identifiés qui consistent en un volume isolant tout en présentant aussi des états électroniques conducteurs en surface topologiquement protégés. En particulier, ces états de surface sont polarisés en spin et sont protégés par la symétrie du renversement du temps. L’attrait des Isolants Topologiques découle non seulement de leur intérêt évident du point de vue de la physique fondamentale, mais aussi du fait qu’ils puissent trouver une application en spintronics et dans les ordinateurs quantiques.Dans ces systèmes, le couplage spin-orbit joue un rôle central. Le couplage spin-orbit peut aussi mener à la levée de dégénérescences de Rashba ou de Dresselhaus, phénomènes découlant de la brisure en symétrie respectivement engendrée par la surface/interface d’un système ou de l’inhérente structure cristalline atomique.L’interprétation de mesures de structures de bandes dépendantes du spin, comme observées par spectroscopie par photoemission résolue en angle (et en spin), est appuyée et complémentée par des calculs ab-initio Korringa-Kohn-Rostoker de la structure électronique qui incluent tous les aspects des systèmes examinés : en particulier le couplage spin-orbit, fondamentalement compris grâce à une approche entièrement relativiste.Nous avons d’abord déposé des couches minces de Bi sur un substrat d’InAs(111). Un cristal de Bi de très bonne qualité est obtenu, confirmé par la reproduction par étude théorique des bandes électroniques mesurées. En parallèle de la croissance de la couche de Bi, nous observons que l’In et le Bi forment des cristaux d’InBi, exposant des états de surface topologiques. Nos analyses théoriques confirment que ces états de surface sont polarisés en spin.Dans la seconde partie de la thèse, Bi est utilisé comme un dopant dans InAs, donnant un alliage d’InAsBi. L’intense couplage spin-orbit apporté par le Bi génère simultanément des effets Rashba et Dresselhaus mesurables, levant par conséquence la dégénérescence des états de surface de manière complètement atypique, donnant des états non-hélicoïdaux polarisés en spin. / In this thesis, we explore bismuth based materials that may exhibit topological properties. Bi is a parent compound of known Topological Insulators which consist of an insulating bulk while also presenting topologically protected conducting electronic surface states. In particular, these surface states are spin polarised and are protected by time-reversal symmetry. The dual appeal of topological insulators stems not only from their obvious interest from a fundamental physics point of view, but also from the fact that they may find use in spintronics and quantum computing.In those systems the spin-orbit coupling plays a central role. Spin-orbit coupling can also lead to the Rashba or Dresselhaus splitting, phenomena arising from the symmetry breaking respectively engendered by the surface/interface of a system or from the inherent atomic crystal structure.The interpretation of measured spin dependent band structure, as observed in (Spin-) and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy, was supported and completed by ab-initio Korringa-Kohn-Rostoker electronic structure calculations which account for all aspects of the investigated systems: in particular spin-orbit coupling, fundamentally included thanks to a fully relativistic approach.We first deposited Bi thin films onto a InAs(111) substrate. A crystal of Bi of very high quality was grown, confirmed by reproduction of the measured electronic bands by theoretical investigation. In parallel to Bi film growth, we observed that In and Bi form InBi crystals, exhibiting topological surface states. Our theoretical analyses confirm that these surface states are spin polarised.In the second part of the thesis, Bi was used as a dopant within InAs, forming an InAsBi alloy system. The strong spin-orbit coupling brought on by Bi generated simultaneously measurable Rashba and Dresselhaus effects, consequently splitting surface states in a completely atypical manner, giving non-helical spin polarised states.

Le filtrage de spin est un phénomène physique qui permet de générer des courants d'électrons polarisés en spin grâce au transport sélectif à travers une barrière tunnel magnétique. Dans cette thèse, nous présentons une étude du matériau ferrite de cobalt (CoFe2O4), dont le caractère isolant et la température de Curie élevée en font un très bon candidat pour le filtrage de spin à température ambiante. L'élaboration des couches minces de CoFe2O4 a été réalisée par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma d'oxygène. Les propriétés structurales, chimiques et magnétiques ont été étudiées par plusieurs méthodes de caractérisation in situ et ex situ. Des jonctions tunnel à base de CoFe2O4 ont été préparées pour des mesures de transport tunnel polarisé en spin, soit par la méthode de Meservey-Tedrow, soit par des mesures de magnétorésistance tunnel (TMR). Dans ce dernier cas, nous avons porté une attention particulière au retournement magnétique de la barrière tunnel de CoFe2O4 et de la contre électrode magnétique (Co ou Fe3O4), une étape cruciale avant toute mesure de TMR. Dans les deux cas, les mesures de transport tunnel polarisé en spin ont révélé des polarisations significatives du courant tunnel à basse température, et à température ambiante pour les mesures de TMR. Par ailleurs, nous avons trouvé une dépendance unique entre la TMR et la tension appliquée qui reproduit celle prédite théoriquement pour les barrières tunnel magnétiques. Nous démontrons ainsi que les barrières tunnel de CoFe2O4 constituent un système modèle pour étudier le filtrage de spin dans une large gamme de températures.