This thesis uses ferromagnetic resonance to explore the current-induced torques (CITs) in two different systems, namely YIG/heavy metal bilayers and bulk NiMnSb, at room temperature. We apply a microwave current to the sample while sweeping the external magnetic field, and measure the longitudinal DC voltage. From a symmetry analysis of the ferromagnetic resonance lineshape, the amplitudes and directions of the CITs parameterised by an effective magnetic field are accurately estimated. In Chapter 4, YIG samples of different thickness, capped by either Pt or Ta, are studied. The resonance is driven by both spin-transfer torque and Oersted field, and the DC voltage is attributed to both spin rectification and spin pumping. The CITs can be well analysed from the lineshape of the voltage and its dependence on YIG thickness, from which we deduce that the Oersted field dominates over the spin-transfer torque in driving magnetization dynamics. In Chapter 5, we characterise the CITs in bulk NiMnSb induced by the relativistic spin-orbit coupling effect. Both field-like and antidamping-like spin-orbit torques are observed and analysed in detail. At the end of this chapter, we study the spin-wave resonance driven by the CITs, from which the exchange stiffness of NiMnSb is determined. In Chapter 6, we extrapolate a new form of magnetoresistance in NiMnSb: unidirectional spin-orbit magnetoresistance (USOMR). USOMR scales linearly with the current and has opposite sign when the magnetization is reversed. Similar to the giant magnetoresistance in magnetic multilayers, USOMR can be used to distinguish between two opposite magnetization directions directly in the bulk of the ferromagnet.

This Dissertation explores the interaction between the magnetisation and an alternating current in a uniform ferromagnetic system. Diluted magnetic semiconductors (Ga,Mn)As and (Ga,Mn)(As,P) have been studied. Due to their strong spin-orbit coupling and well-understood band-structure, these materials are well-suited to this investigation. The combined effect of spinorbit coupling and exchange interaction permits the alternating current to induce an oscillating current-induced torque (CIT) on the magnetisation. In the frequency range close to the natural resonance frequency of the magnetic moments (gigahertz), CIT can excite precessional motion of the magnetisation, a process known as ferromagnetic resonance (FMR). CIT can be parameterised by an effective magnetic field. By analysing the lineshape of the measured FMR signals, the magnitude and orientation of this effective field have been accurately determined. Moreover, the current-induced fields in these ferromagnetic materials have been observed with symmetries of the Dresselhaus, and for the first time, Rashba spin-orbit coupling. A new class of device-scale FMR technique, named as CIT-FMR, has been established in this Dissertation, with the advantage of simple device structure (only a resistor is required) and scalability (measurements have been performed on devices sized from 4 μm down to 80 nm). This technique is not only limited to magnetic semiconductors, but can also be transferred to study other ferromagnetic systems such as ultrathin metal films. Finally, the CIT-FMR technique is employed to study the magnetic anisotropyin individual (Ga,Mn)As and (Ga,Mn)(As,P) micro-devices. Devices down to 80 nm in width have been measured in (Ga,Mn)(As,P), which show strong strain-relaxation-induced anisotropy, larger than any previously reported cases on (Ga,Mn)As. Furthermore, due to the tensile-strain on the (Ga,Mn)(As,P) epilayers, the anisotropy field due to patterning-induced strain-relaxation in these devices is observed to take the opposite direction compared to that in the compressively-strained (Ga,Mn)As samples.

Research on spintronics has galvanized the design of new devices that exploit the electronic spin in order to augment the performance of current microelectronic technologies. The sucessful implementation of these devices is largely contingent on a quantitative understanding of nonequilibrium magnetism in conducting ferromagnets. This thesis is largely devoted to expanding the microscopic theory of magnetization relaxation and current-induced spin torques in transition metals ferromagnets as well as in (III,Mn)V dilute magnetic semiconductors. We start with two theoretical studies of the Gilbert damping in electric equilibrium, which treat disorder exactly and include atomic-scale spatial inhomogeneities of the exchange field. These studies enable us to critically review the accuracy of the conventional expressions used to evaluate the Gilbert damping in transition metals. We follow by generalizing the calculation of the Gilbert damping to current-carrying steady states. We find that the magnetization relaxation changes in presence of an electric current. We connect this change with the non-adiabatic spin transfer torque parameter, which is an elusive yet potentially important quantity of nonequilibrium magnetism. This connection culminates in a concise analytical expression that will lead to the first ab initio estimates of the non-adiabatic spin transfer torque in real materials. Subsequently we predict that in gyrotropic ferromagnets the magnetic anisotropy can be altered by a dc current. In these systems spin-orbit coupling, broken inversion symmetry and chirality conspire to yield current-induced spin torques even for uniform magnetic textures. We thus demonstrate that a transport current can switch the magnetization of strained (Ga,Mn)As. This thesis concludes with the transfer of some fundamental ideas from nonequilibrium magnetism into the realm of superconductors, which may be viewed as easy-plane ferromagnets in the particle-hole space. We emphasize on the analogies between nonequilibrium magnetism and superconductivity, which have thus far been studied as completely separate disciplines. Our approach foreshadows potentially new effects in superconductors. / text

Au sein du laboratoire, deux mécanismes neurovasculaires indispensables à l’intégrité fonctionnelle de la peau sont étudiés. La PIV (Pressure-Induced vasodilation) est un mécanisme protecteur qui permet de retarder l'ischémie tissulaire. Des études antérieures ont suggéré l’implication du système nerveux central dans ce mécanisme. La première partie de ma thèse était de préciser le contrôle spinal dans la PIV et de regarder si la perte de ce mécanisme protecteur augmente le risque d’escarres. Nous avons montré l’implication de la voie sensorielle spinale dans la PIV ainsi que la corrélation directe entre la perte de ce mécanisme et l’augmentation du risque d’escarres chez des animaux sains. La CIV (current-induced vasodilation) a été décrite comme étant un mécanisme neurovasculaire de type « réflexe d'axone ». Exclusivement étudiée chez l’homme, les mécanismes impliqués restent limités. La seconde partie de ma thèse était de développer un modèle animal et approfondir la compréhension des mécanismes sous-jacents de la CIV cathodale. Après avoir développé un modèle animal, nous avons prouvé l’implication de la voie COX1/PGIS/PGI2/IP, des TRPV1 et des ASIC cutanés présents sur les fibres capsaïcino-sensibles ainsi que celles des récepteurs aux CGRP et à la substance P dans la CIV cathodale chez le rat sain. Pour conclure, la PIV est un outil diagnostique intéressant pour évaluer les capacités protectrices de la peau contre les lésions ischémiques de pression en conditions physiologiques. La CIV reflète de la libération endogène de PGI2 dans la peau, offrant un outil complémentaire à la réponse à l’acétylcholine afin d’évaluer les capacités globales de l’endothélium / In our lab, two neurovascular mechanisms required for functional integrity of the skin are studied. The pressure-Induced vasodilation (PIV) is a protective mechanism, which delays the occurrence of tissue ischemia likely protecting the skin against pressure. Previous studies suggested the contribution of the central nervous system in this mechanism. In the first part of my PhD, we studied the spinal sensory transduction involvement in PIV and verify whether the lack of PIV increased incidence of pressure-induced ischemic lesions in healthy rats. We showed that spinal sensory disruption led to the loss of cutaneous PIV directly associated with increased incidence and severity of cutaneous lesions in response to prolonged ischemic compression in healthy animals. The current-induced vasodilation (CIV) is a neurovascular mechanism decribed as axon reflex mechanism. Exclusively studied in humans, the understanding of involved mechanisms remains limited. In the second part of my PhD, we aimed to develop an animal model and precise the underlying mechanisms involved in cathodal CIV. That we developed, we proved the involvement of the COX1/PGIS/PGI2/IP pathway, the cutaneous TRPV1 and ASIC channels present on capsaicin-sensitive fibres and the cutaneous CGRP and NK1 receptors in cathodal CIV in healthy rats. To conclude, PIV is an interesting tool to evaluate the protective capacities of the skin to withstand pressure in healthy conditions. CIV by reflecting the endogenous release of PGI2 in healthy skin offers a novel tool in complement to acetylcholine response in order to assess global capacities of the endothelium

Les skyrmions magnétiques sont des enroulements bidimensionnels et nanométriques de la configuration de spin, pouvant être stabilisés dans certains matériaux magnétiques soumis à l’interaction d’échange antisymétrique Dzyaloshinskii-Moriya. Ils présentent une topologie non-triviale et s’annoncent peut-être comme étant les plus petites configurations magnétiques pouvant être réalisées. Très récemment, des skyrmions magnétiques ont pu être stabilisés à température ambiante grâce à la conception de multicouches magnétiques brisant la symétrie d’inversion selon la direction verticale. Suite à cette avancée, l’objectif central de cette thèse est la compréhension et la maîtrise des multiples propriétés physiques des skyrmions hébergés dans ces systèmes multicouches. Pour aborder cet objectif, un modèle original est décrit puis employé, permettant la prédiction des profils adoptés par les skyrmions multicouches. Ce modèle numérique est très générique, n’utilisant que la symétrie cylindrique des skyrmions afin de simplifier la détermination des interactions magnétostatiques. Ce modèle est ensuite étendu afin de pouvoir approximer la stabilité thermique des skyrmions, ce qui constitue un élément clé dans leur obtention expérimentale. Une seconde dimension de ce travail consiste en l’étude expérimentale de la manipulation électrique des skyrmions multicouches, démontrant la possibilité de trois fonctionnalités centrales que sont leur nucléation par courants locaux, leur déplacement sous courant de spin et leur détection électrique individuelle par tension transverse. Le troisième aspect de ma thèse est l’étude des propriétés physiques influençant le déplacement des skyrmions dans les multicouches magnétiques. Un comportement d’ancrage sur des défauts est mis en évidence expérimentalement et est analysé à l’aide d’une modélisation micromagnétique. Un des résultats importants de ce travail est aussi la prédiction d’une chiralité hybride dans les configurations magnétiques de certaines multicouches, qui est ensuite démontrée expérimentalement par des mesures au synchrotron. Les conséquences attendues de cette chiralité hybride sur le déplacement des skyrmions sont étudiées pour permettre l’optimisation des multicouches, aboutissant à l’observation expérimentale de la propagation de skyrmions de 50 nm de rayon à des vitesses atteignant environ 40 m/s. La dernière partie de cette thèse vise à mettre à profit ces avancées théoriques et expérimentales afin de parvenir à réduire la taille des skyrmions à température ambiante. Après avoir analysé l’impact des interactions dipolaires sur la stabilité des skyrmions, il est entrepris d’optimiser les matériaux et la périodicité des couches. Je m’intéresse aussi à la conception expérimentale de textures magnétiques dont l’aimantation est compensée au sein de structures multicouches appelées antiferromagnétiques synthétiques, dont je montre qu’elles peuvent héberger des skyrmions antiferromagnétiques à température ambiante. Ce résultat final ouvre de nouvelles perspectives vers l’obtention de skyrmions à la fois mesurant moins de 10 nm et très mobiles, qui pourraient être utilisés dans la conception de composants de calcul et de stockage d’information plus compacts et plus efficaces. / Magnetic skyrmions are nanoscale two-dimensional windings in the spin configuration of some magnetic materials subject to the Dzyaloshinskii-Moriya antisymmetric exchange interaction. They feature a non-trivial topology and show promise to be the smallest achievable magnetic textures. Very recently, magnetic skyrmions have been successfully stabilised up to room temperature by leveraging on the design of magnetic multilayer systems breaking the vertical inversion symmetry. Following up on this achievement, the main objective of this thesis is the understanding and the control of the various physical properties of skyrmions hosted by such multilayer systems. As a first approach to this objective, an original model allowing to predict the profiles adopted by multilayer skyrmions is described and then employed. This numerical model is very generic, as it exploits only the cylindrical symmetry of multilayer skyrmions, in order to determine the magnetostatic interactions with less effort. This model is further extended in order to approximate the thermal stability of multilayer skyrmions, which is key to their experimental realisation. The next aspect of this thesis consists in the experimental study of the electrical manipulation of multilayer skyrmions, demonstrating three main functionalities that are nucleation by local currents, displacement under spin currents and individual detection by transverse voltage. The third aspect of my thesis is the study of the physical properties influencing the current-induced motion of skyrmions in magnetic multilayers. A pinning behaviour is evidenced experimentally and analysed relying on micromagnetic modelling. One of the important results of this work is also the prediction of hybrid chirality for some multilayer magnetic configurations, which is then demonstrated experimentally using a synchrotron technique. The impact of hybrid chirality on current-induced skyrmion motion is discussed and leads to the optimisation of the multilayer design, resulting in the experimental observation of motion for skyrmions below 50 nm in radius at velocities reaching around 40 m/s. The last part of this thesis aims at leveraging on these theoretical and experimental advances in order to reduce the size of skyrmions at room temperature. After the analysis of the impact of dipolar interactions on skyrmion stability, the engineering of the materials and of the layers periodicity is attempted. I also investigate experimentally the conception of magnetic textures with compensated magnetization in multilayer structures known as synthetic antiferromagnets, and show that they can host antiferromagnetic skyrmions at room temperature. This last result opens up new prospects for achieving room-temperature skyrmions combining size in the single-digit nm range and high mobility, potentially allowing applications towards energy-efficient computation and storage devices with a very dense integration.

L'objectif de cette thèse est d'étudier l'effet du champ magnétique Oersted sur le mouvement induit par courant de parois de domaines magnetiques dans des nanobandes de bicouches IrPy. Nous avons optimisé la croissance épitaxiale des couches minces IrPy avec faible rugosité de surface et d'interface, peu de défauts structurels et un faible champ coercitif. Cela peut réduire le piégeage de parois et donc augmenter sa mobilité. Nanobandes polycristallins PtPy préparées par pulvérisation ont également été étudiées pour comparer les résultats avec des échantillons épitaxiés. Une première preuve directe de l'effet du champ Oersted sur la configuration magnétique de nanobandes magnétiques a été donnée par V. Uhlir et al. utilisant des mesures XMCD-PEEM résolues en temps. Ils ont observé une grande inclinaison transversale de l'aimantation du Py et CoFeB dans les nanobandes en tricouchesCoCuPy et CoCuCoFeB. Nous avons observé le changement de chiralité des parois transverses sous champ Oersted avec des impulsions de courant en utilisant la microscopie à force magnétique. Un mouvement de parois stochastique a été observé en raison du piégeage, ce qui donne lieu à une large distribution de vitesses de paroi de domaine. Déplacement de paroi opposé au flux d'électrons et transformations de paroi ont également été observés en raison de Joule chauffage. Les grains de grande taille (comparable à la largeur de bande) dans nos couches minces épitaxiales bi-cristallins par rapport aux échantillons polycristallins (~10nm) peut être la source possible du fort piégeage. Néanmoins, des vitesses de parois maximales très élevées (jusqu'à 700 et 250m/s) pour des densités de courant relativement faible (1.7x1012 et 1x1012 A/m2) ont été observées dans échantillons épitaxiales et pulvérisées respectivement. Ces vitesses sont 2 à 5 fois plus élevées avec des densités de courant similaires ou plus faible que celles observées dans des nanobandes de Py seul, rapportés dans la littérature. Le champ Oersted est peut-être à l'origine de la plus grande efficacité du couple de transfert de spin dans ces bandes en bicouche. Des simulations micromagnétiques réalisées dans notre groupe confirment qu'un champ magnétique transverse appliqué en plus d'un champ longitudinal pour déplacemer la paroi peut stabiliser le cœur d'une paroi vortex au centre de la nanobande, supprimant ainsi l'expulsion de cœur au bord de la nanobande et donc empêchant la transformation de parois vortex. De même, il peut stabiliser les parois transverses, empêchant des transformations. Cela peut conduire à une décalage du seuil de Walker vers des courants plus élevés, résultant en une augmentation de la vitesse de paroi. Des mesures XMCD-PEEM résolue en temps seront réalisées dans un avenir proche pour confirmer l'effet du champ Oersted sur le mouvement de la paroi. / The aim of this thesis is to study the effect of the magnetic Oersted field on current-induced domain wall (DW) motion in IrPy bilayer nanostripes. We optimized the epitaxial growth of IrPy films on sapphire (0001) substrates with less structural defects, small surface and interface roughness and small coercive fields. This was expected to reduce the DW pinning and hence increase the DW mobility. Polycrystalline PtPy nanostripes prepared by sputtering were also studied to compare the results with epitaxial samples. A first direct evidence of the effect of the Oersted field on the magnetic configuration of magnetic nanostripes was given by V. Uhlir et al. using time-resolved XMCD-PEEM measurements. They observed a large tilt of the Py and CoFeB magnetization in the direction transverse to the stripes in CoCuPy and CoCuCoFeB trilayer nanostripes. We observed chirality switching of transverse walls induced by the Oersted field due to current pulses using magnetic force microscopy. DW motion was found to be stochastic due to DW pinning, which results in a distribution of velocities. DW motion opposite to the electron flow and DW transformations were also observed due to Joule heating. The large grain size (comparable to the stripe width) in our epitaxial bi-crystalline films with respect to the polycrystalline samples (~10nm) may be a possible source of pinning. Nevertheless, very high maximum DW velocities (up to 700 and 250m/s) for relatively low current densities (1.7 x1012 and 1 x1012 A/m2) were observed in epitaxial and sputtered samples respectively. These velocities are 2 to 5 times higher with similar or even smaller current densities than observed in single layer Py nanostripes, reported in the literature. The Oersted field may be at the origin of the high efficiency of the spin transfer torque in these bilayer stripes. Micromagnetic simulations performed in our group confirm that when a transverse magnetic field is applied in addition to a longitudinal field along the nanostripe for VW motion, the vortex core can be stabilized in the center of nanostripe, suppressing the core expulsion at the nanostripe edge and hence preventing the VW transformation. Similarly, it can stabilize transverse walls, preventing DW transformations. This can result in a shift of the Walker breakdown to higher fields/currents, resulting in an increase in DW velocity. Time-resolved XMCD-PEEM measurements will be performed in the near future to confirm the effect of the Oersted field on the DW motion.

Předkládaná dizertační práce pojednává o problematice pohybu doménových stěn (DS) vyvolaného spinově polarizovaným proudem v magnetických nanodrátech na bázi spinového ventilu NiFe/Cu/Co. Jedná se o tzv. efekt přenosu spinového momentu. Multivrstevnatý systém NiFe/Cu/Co, kde se doménová stěna pohybuje ve vrstvě NiFe, vykazuje velmi vysokou účinnost přenosu spinového momentu, což bylo v literatuře potvrzeno na základě magnetotransportních měření. Tato práce má za cíl pozorovat stav DS během jejich pohybu, pomocí fotoelektronové mikroskopie kombinované s kruhovým magnetickým dichroismem. Tato technika využívá synchrotronové záření, které svým časovým rozlišením umožňuje sledovat dynamickou odezvu magnetizace na elektrický proud. Podstatnou částí řešení byla optimizace růstu vrstev NiFe/Cu/Co kvůli snížení magnetické dipolární interakce mezi vrstvami. V práci je také řešen způsob přípravy nanodrátů litografickými metodami. Byly provedeny dva módy měření: i) kvazistatický, tj. pozorování DS před a po injekci proudu do nanodrátu a ii) dynamické měření, kde je DS sledována během působení proudového pulzu. S využitím kvazistatickém módu byla vypracována rozsáhlá statistika pohybu DS: i) byly naměřeny jejich vysoké rychlosti přesahující 600 m/s za působení průměrné proudové hustoty nutné k posuvu doménové stěny - 5x10^11 A/m^2; ii) DS jsou v systému NiFe/Cu/Co velmi silně zachycovány dipolární interakcí mezi NiFe a Co způsobenou nehomogenitou krystalové struktury ve vrstvě Co. V dynamickém módu bylo odhaleno, že působením Oerstedovského pole kolmého na nanodráty v rovině vzorku se magnetizace ve vrstvě NiFe silně natáčí. Tento efekt přispívá k vysokým rychlostem DS pozorovaných v nanodrátech NiFe/Cu/Co.

Neuromorphic computing applications could be made faster and more power efficient by emulating the function of a biological synapse. Non-conventional spintronic devices have been proposed that demonstrate synaptic behavior through domain wall (DW) driving. In this work, current induced domain wall motion has been studied through micromagnetic simulations. We investigate the synaptic behavior of a head to head domain wall driven by a spin polarized current in permalloy (Py) nanostrips with shape anisotropy, where triangular notches have been modeled to account for edge roughness and provide pinning sites for the domain wall. We seek optimal material parameters to keep the critical current density for driving the domain wall at order 1011 A/m2.

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With the advent of microelectronics and micromechanical systems, the benefits of miniaturized technology became evident. With the discovery of carbon nanotubes by Iijima in 1991, a material has been found that offers superior porperties such as high tensile strength, excellent electrical and heat conductivity while being lightweight, flexible and tunable by the specific atomic arrangement in its structure. The first part of this thesis deals with a new synthesis approach, which combines the known routes of chemical vapour deposition and laser ablation. The results concerning diameter and yield fit well within an established model for the nucleation and growth of carbon nanotubes and extend it by considering a larger parameter space. Furthermore, conventional laser ablation has been used to synthesize C-13 augmented carbon nanotubes, whose diameters depend among the usual synthesis parameters also on the C-13 content, an influence which is in line with the changed thermal conductivities of isotope mixtures. Manipulation of carbon nanotubes inside a transmission electron microscope forms the second part of this thesis. With the help of an in-situ nanomanipulator, several experiments involving the mechanical and electrical properties of carbon nanotubes have been performed. Two-probe resistances of individual nanotubes have been measured and the observation of individual shell failures allowed for the determination of current limits per carbon shell. With the help of electrical current, a nanotube was modified in its electrical characteristics by reshaping its structure. By application of DC-currents or square current pulses, the filling of iron- or cementite-filled multi-wall carbon nanotubes has been found to move in a polarity-defined direction guided by the nanotube walls. Depending on the current, nanotube shape, and composition of the filling different regimes of material transport have been identified, including the reworking of the inner nanotube shells. The application of a high driving current leads to a complete reworking of the host nanotube and the current-induced growth of carbonaceous nanostructures of changed morphology. Utilizing the obtained results, a transport mechanism involving momentum transfer from the electron wind to the filling atoms and a solid filling core during transport is developed and discussed. Finally, measurements of mechanical properties using electrically induced resonant or non-resonant vibrations inside the transmission electron microscope have been observed and important mechanical parameters have been determined with the help of a modified Euler-Bernoulli-beam approach. / Mit dem Aufkommen von Mikroelektronik und mikromechanischen Systemen wurden die Vorteile miniaturisierter Geräte augenscheinlich. Mit der Entdeckung von Kohlenstoff-Nanoröhren durch Iijima 1991 wurde ein Material gefunden, welches überlegene Eigenschaften wie hohe Festigkeit, exzellente elektrische und Wärmeleitfähigkeit zeigt, während es zeitgleich leicht und flexibel ist. Diese Eigentschaften können durch eine Änderung der spezifischen atomaren Anordnung in der Nanoröhrenhülle beeinflusst werden. Der erste Teil dieser Dissertationsschrift behandelt einen neuartigen Syntheseansatz, welche die bekannten Syntheserouten der chemischen Gasphasenabscheidung und Laserablation kombiniert. Die Ergebnisse bezüglich des Durchmessers und der Ausbeute lassen sich gut mit einem etablierten Modell der Nukleation und des Wachstums von Kohlenstoff-Nanoröhren beschreiben - sie erweitern es, indem sie einen größeren Parameterraum berücksichtigen. Des Weiteren wurde konventionelle Laserablation benutzt, um C-13 angereicherte Kohlenstoff-Nanoröhren herzustellen, deren Durchmesser nicht nur von den üblichen Parametern, sondern auch vom C-13 Anteil abhängt. Diese Abhängigkeit geht mit der veränderten thermischen Leitfähigkeit von Isotopenmischungen einher. Die Manipulation von Kohlenstoff-Nanoröhren in einem Transmission-Elektronenmikroskop formt den zweiten Teil der Dissertationschrift. Mit Hilfe eines in-situ Manipulators wurden vielfältige Experimente durchgeführt, um die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Kohlenstoff-Nanoröhren zu bestimmen. Zweipunktmessungen des Widerstands einzelner Nanoröhren und die Beobachtung des Versagens einzelner Kohlenstoffschichten erlaubte die Bestimmung der Stromtragfähigkeit einzelner Hüllen. Mit Hilfe eines elektrischen Stromes konnte eine Nanoröhre durch die veränderung der Struktur in ihren elektrischen Eigenschaften verändert werden. Unter Verwendung dauerhaften oder gepulsten Gleichstroms konnte die Eisen- oder Zementit-Füllung der Kohlenstoff-Nanoröhren in eine polaritätsabhängige Richtung bewegt werden. Die Füllung wurde dabei durch die Wände der Nanoröhre geführt. Abhängig von Strom, Form der Nanoröhre und Zusammensetzung der Füllung ließen sich verschiedene Bereiche des Materialtransports identifizieren, u.a. das Umarbeiten einiger innerer Kohlenstoffschichten. Ein hoher Strom hingegen bewirkt eine Umarbeitung der kompletten Nanoröhre und strominduziertes Wachstum von Kohlenstoff-Nanostrukturen mit veränderter Morphologie. Mit Hilfe der gewonnenen Resultate wurde ein Transportmodell entwickelt, welches den Impulstransfer von Elektronen an Füllungsatome sowie einen festen Füllungskern während des Transports diskutiert. Messungen der mechanischen Eigenschaften, welche mit Hilfe von resonanter oder nicht-resonanter elektrischer Anregung von Schwingungen im Transmissions-Elektronenmikroskop durchgeführt wurden bilden den Abschluss der Arbeit. Durch die Beobachtungen konnten mit einem modifizierten Euler-Bernoulli-Balkenmodell wichtige mechanische Eigenschaften bestimmt werden.