Cette étude expérimentale concerne la généation de faisceaux d'électrons aux propriétés inédites. Ces faisceaux d'électrons sont issus de l'interaction d'une impulsion laser ultra-intense et brêve avec un jet de gaz. Jusqu'à récemment, les faisceaux d'électrons ainsi produits avaient une divergence importante et un spectre très large. Un tournant important de cette discipline a été franchi lorsqu'un faisceau d'électrons faiblement divergent (10 mrad) et, par dessus tout, dont le spectre est piqué à haute énergie (170 MeV) a été observé durant cette thèse, en utilisant un nouveau spectromètre monotir à électrons. Une étude paramétrique de l'interaction a permis de suivre l'évolution des propriétés du faisceau d'électrons.<br />Des expériences ont ensuite été menées pour approfondir la caractérisation de ce faisceau. L'observation du spectre de rayonnement de transition généré par les électrons à une interface montre que le faisceau d'électrons interagit avec l'impulsion laser pendant l'accélération. Des oscillations radiales du faisceau d'électrons autour de l'axe laser, qualifiées d'oscillations bétatroniques, ont aussi été visualisées sur les spectres électroniques.<br />Un tel spectre quasi-monoénergétique est essentiel pour de nombreuses applications. Afin de justifier l'intérêt d'un tel faisceau, plusieurs expériences d'applications sont présentées : la radiographie gamma submillimétrique d'objets denses, un profil de dose du faisceau d'électron comparable aux performances actuelles des sources de photons pour la radiothérapie, un profil temporel très bref utile en radiolyse de l'eau et la génération d'une source de rayons X faiblement divergente.

Les matériaux diélectriques sont couramment utilisés comme isolants électriques dans le domaine spatial. Par nature, ces diélectriques sont susceptibles d'accumuler des charges électriques au cours de leur service. Dans certaines conditions critiques, ces charges internes ou de surface conduisent à des décharges électrostatiques. Pour comprendre ces phénomènes, un dispositif expérimental a été développé au laboratoire. Ce dernier permet de simuler les conditions d'irradiation électronique rencontrées dans l'espace. L'objectif de notre étude est de caractériser le comportement électrique des matériaux isolants irradiés par faisceau d'électrons, d'étudier les phénomènes de stockage et de transport de charge pour prévoir les décharges électrostatiques. Pour ces travaux, diverses techniques de caractérisation ont été implantées, le dispositif basé sur la technique Electro-Acoustique Pulsée (PEA) a été choisi. Il a été implanté dans l'enceinte d'irradiation. Cette technique consiste à détecter des ondes acoustiques générées par la charge d'espace sous l'effet coulombien d'une impulsion de champ électrique appliqué à l'échantillon. Elle permet de déterminer la distribution spatiale des charges injectées entre deux périodes d'irradiation et au cours des relaxations. La méthode PEA présente une limite de détection en particulier lorsque les charges sont implantées proche de la surface. Dans un premier temps, nous avons effectué une analyse des paramètres de traitement du signal que nous appelons le facteur d'étalement et le facteur de résolution. L'étude préliminaire post-irradiation à l'air sur des mesures expérimentales a montré que le choix du facteur de résolution est important pour l'analyse et l'interprétation du signal lorsque la charge est localisée près de la surface. Pour la suite, une comparaison avec le paramètre d'étalement utilisé dans certaine technique de déconvolution a été établie. Dans un deuxième temps, des mesures de distribution de charge d'espace sous vide ont été effectuées pour les Poly Tétra Fluoro Ethylène (PTFE) soumis à des irradiations dans la gamme de [10-100] keV. Les résultats obtenus sont comparés à des résultats théoriques. Ce travail nous permet d'envisager les améliorations nécessaires pour la détermination des charges d'espace in-situ.

Cette thèse présente une étude quantitative des modes de fragmentation du fullerène C60 en collision avec des ions légers (Hn=1,2,3+ , Heq=1,2+) dans le domaine de vitesse 0,1 - 2,3 u.a.. La technique de multicorrélation (ions, électrons, énergie des électrons) employée a permis de dégager certaines dépendances et propriétés des mécanismes de fragmentation (sections efficaces, spectroscopie d'électrons, distributions de taille, énergies cinétiques des fragments, tracé de Campi, énergies d'activation). L'énergie déposée s'est ainsi révélée comme un paramètre important. Les sections efficaces ont été mesurées pour la première fois sur l'ensemble des processus collisionnels. L'ionisation et la capture ne dépendent que de la vitesse de collision. Une loi d'échelle avec l'énergie déposée a été observée pour les sections efficaces de multifragmentation. L'énergie déposée est aussi apparue comme le paramètre principal dans l'évolution des distributions de taille des fragments chargés émis. La spectroscopie des électrons (inédite sur un agrégat), réalisée à un angle d'émission de 35°, a montré des spectres piqués à des énergies d'électron importantes (de 5 à 20 eV). La forme de ces spectres dépend de la vitesse de collision. Un début d'analyse théorique semble montrer que cette structure particulière est liée à la présence d'une barrière de potentiel centrifuge. Enfin, les corrélations ions produits et énergie des électrons mettent en évidence que l'énergie des électrons augmente avec l'énergie interne.

Cette thèse est consacrée à l'étude théorique et expérimentale de guides d'onde plasmoniques fonctionnant à la longueur d'onde de 1,55µm. Ces guides d'onde plasmoniques sont envisagés comme interconnexions optiques avec un confinement latéral sub-longueur d'onde. Différents codes de simulations ont été développés à la fois comme outils de prédiction pour la conception des composants mais également pour comparer systématiquement les résultats du calcul avec les mesures expérimentales. Un premier modèle 2D basé sur une approche multicouche a été utilisé pour identifier les modes plasmoniques sur des structures planaires. Un solveur de mode a ensuite permis de déterminer les modes propres dans des guides d'onde plasmoniques de formes diverses. Finalement, ces deux codes ont été utilisés pour implémenter une source optique dans un code FDTD (Finite-Difference Time-Domain) utilisé pour simuler numériquement, par éléments finis, des structures plasmoniques en 2D ou 3D. Deux catégories de guides d'onde plasmoniques ont été fabriquées par lithographie par faisceaux d'électrons. Un montage de microscopie en champ proche SNOM fonctionnant par rétro-injection laser a été utilisé pour caractériser expérimentalement les propriétés optiques de ces structures. La première catégorie est constituée de bandes métalliques en or caractérisées par une longueur de propagation élevée mais un confinement latéral limité. La seconde catégorie est constituée par des rubans en polymère déposés sur une couche d'or. Ces guides, dits DLSPP, présentent un confinement optique sub-longueur d'onde qui permet de combler l'écart d'échelle entre des composants optiques et des circuits intégrés électroniques.

L'objectif de ce travail est d'étudier les phénomènes de transport dépendant du spin qui interviennent lorsque des électrons énergétiques et polarisés de spin sont injectés depuis le vide dans des jonctions Schottky Pd / Fe / GaAs. L'expérience que nous avons réalisée consiste à mesurer l'intensité du courant transmis au travers de la couche magnétique et de la barrière Schottky en fonction de l'énergie d'injection. Pour des énergies d'injection comprises entre quelques eV et 1 keV au-dessus du niveau de Fermi, nous avons mis en évidence des effets tout à fait inattendus. D'une part, la transmission, qui est de 10^(-5) environ à basse énergie d'injection, augmente sur plus de 5 ordres de grandeur pour des électrons d'énergie 1 keV. On se trouve alors dans une configuration où le courant collecté dans le semi-conducteur est supérieur au courant injecté depuis le vide. D'autre part, la dépendance en spin de la transmission augmente sur 4 ordres de grandeur dans le domaine d'énergie sondé.

Cette thèse est consacrée à la manipulation d'excitations mono-électroniques dans un conducteur quantique balistique, par l'implémentation d'expériences d'optique quantique électronique avec la résolution d'une charge élémentaire. Une capacité mésoscopique produit à la demande des excitations monoélectroniques dans le canal de bord externe de l'effet Hall quantique. Nous mesurons les fluctuations de courant après partitionnement des excitations sur une lame séparatrice électronique, dans un analogue de l'expérience de Hanbury-Brown & Twiss, afin de révéler les excitations neutres (paires électron/trou) qui peuvent accompagner la charge produite. Les excitations thermiques dans la mer de Fermi sont alors responsables d'interférences à deux particules qui permettent d'obtenir des informations sur la distribution en énergie des quasiparticules émises par la source. A l'aide de deux sources indépendantes et synchronisées, nous générons deux quasi-particules indiscernables, qui interfèrent sur une lame séparatrice dans un analogue de l'expérience de Hong-Ou-Mandel. La visibilité de ce phénomène est possiblement limité par la décohérence des paquets d'ondes électroniques par interaction avec l'environnement, notamment les autres canaux de bords. En mesurant le couplage capacitif entre deux canaux de bords co-propageant, nous caractérisons les effets de l'interaction coulombienne et mettons en évidence un mode neutre de propagation. Ces expériences constituent les premières implémentations d'expériences d'optique quantique électronique avec des charges uniques, et permettent d'envisager des expériences plus complexes comme la tomographie d'un paquet d'onde mono-électronique.

L'ionosphère du côté nuit de Mars reste encore à ce jour une zone mystérieuse et peu connue de l'environnement Martien. Les déplétions d'électrons suprathermiques sont des structures spécifiques à cette région, observées jusqu'à présent par trois satellites : Mars Global Surveyor (MGS), Mars EXpress (MEX) et Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN). Leur étude permet aussi bien l'observation de la structure et de la dynamique de l'ionosphère du côté nuit que celle de l'atmosphère neutre, de la topologie magnétique martienne, ainsi que l'étude de l'échappement atmosphérique de Mars. Des structures aussi différentes que les cornets magnétiques, les couches de courants ou encore le terminateur ultra-violet peuvent être examinées à travers les déplétions d'électrons suprathermiques, de par les mécanismes à l'origine de leur présence du côté nuit de Mars. Le but principal de ma thèse a été de tirer parties des trois jeux de données offerts par les satellites MGS, MEX et MAVEN pour mieux comprendre les mécanismes à l'origine des déplétions d'électrons suprathermiques observées du côté nuit ainsi que leur impact sur la structure et la dynamique de l'ionosphère du côté nuit. Dans cette optique, trois critères simples adaptés à chaque mission ont été développés pour identifier les déplétions d'électrons suprathermiques dans une base de données allant de 1999 à 2017. Une étude statistique a révélé la présence d'une région de transition autour de 170 km d'altitude séparant la région collisionnelle dans laquelle les déplétions d'électrons suprathermiques sont directement dues à l'absorption des électrons par le CO_2 atmosphérique, et la région non-collisionnelle dans laquelle elles sont principalement dues aux boucles fermées de champs magnétique d'origine crustale. La compréhension de ces mécanismes m'a permis d'estimer la localisation du terminateur ultra-violet. Celui-ci est situé en moyenne ~120 km au-dessus du terminateur optique. Cette altitude varie entre le côté soir et le côté matin, et une variation saisonnière est prédite par les modèles atmosphériques. / The nightside ionosphere of Mars still remains an unfamiliar and mysterious place. Nightside suprathermal electron depletions are specific features of this region which have been observed at Mars by three spacecraft to date: Mars Global Surveyor (MGS), Mars EXpress (MEX) and the Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) mission. Their study enables the observation of the nightside ionosphere structure and dynamics as well as the underlying neutral atmosphere, the specific Martian magnetic topology, and possible conduits for atmospheric escape. Structures as different as magnetic cusps, current sheets or the UV terminator can be investigated through suprathermal electron depletions, due to the processes leading to their observation on the nightside of Mars. The main goal of my PhD has been to use the complementarity of the three missions MGS, MEX, and MAVEN to understand the different mechanisms at the origin of suprathermal electron depletions and their implication on the structure and the dynamics of the nightside ionosphere. In this context, three simple criteria adapted to each mission have been implemented to identify suprathermal electron depletions from 1999 to 2017. A statistical study reveals a transition region near 170 km altitude separating the collisional region where suprathermal electron depletions are directly due to electron absorption by atmospheric CO_2 and the collisionless region where they are mainly due to electron exclusion by closed crustal magnetic field loops. Understanding of these phenomena enables me to estimate the location of the UV terminator. It appears to be located ~120 km above the optical terminator, though this location is different between the dawn and dusk terminator and is expected to vary throughout the different Martian seasons.

Afin de développer des capteurs ultrasensibles des substrats fiables pour la diffusion Raman exaltée de surface (SERS) ont été fabriqués. Les deux meilleurs candidats de matériaux constituant les nanoparticules pour des substrats SERS sont l’argent et l’or. L’argent présente un meilleur facteur d’exaltation de l'intensité Raman et l’or est stable dans les milieux biologiques. C’est pourquoi la combinaison de ces deux métaux dans des nanostructures bimétalliques semble être une approche prometteuse qui combine les propriétés de surface de l’or et d’exaltation de l’argent. Le recuit thermique des couches métalliques minces est utilisé comme une technique simple et peu coûteuse. Cette dernière permet d’élaborer des substrats homogènes et reproductibles de nanoparticules bimétalliques or-argent ayant un facteur d’exaltation importante. Ces nanoparticules gardent leurs propriétés d’exaltation même après une année de fabrication. En jouant sur la composition de nanoparticules bimétalliques il est possible d’avoir une résonance de plasmons de surface localisés (LSPR) sur tout le spectre visible. Ces substrats sont caractérisés par une exaltation SERS supérieure lorsque la résonance plasmon est plus proche de la longueur d'onde d'excitation Raman. En outre, les nanoparticules bimétalliques de différentes tailles, compositions ont été réalisés par lithographie électronique. L’étude systématique de leurs propriétés plasmoniques et de leur exaltation SERS a révélé une conservation du lien entre résonance plasmon et signal SERS / Driven by the interest in finding ultrasensitive sensors devices, reliable surface enhanced Raman scattering (SERS) based substrates are fabricated. Silver and gold nanoparticles are two of the best candidates for SERS substrates where Ag nanoparticles exhibit large enhancing ability in Raman intensity while Au nanostructures are stable in biological systems. Hence, combining the two metals in bimetallic nanostructures appeared to be a promising approach in order to sum the merits of Au surface properties and Ag enhancing ability. Thermal annealing of thin metallic films is used as a simple and relatively inexpensive technique to elaborate homogenous and reproducible Ag/Au bimetallic nanoparticles SERS substrates with high enhancing ability. The fabricated nanoparticles proved their enhancing stability even after one year of fabrication. Manipulating the composition of Ag/Au bimetallic NPs resulted in tuning the Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) over the whole visible spectrum, where the substrates are characterized with higher SERS enhancement when they exhibit LSPR closer to the Raman excitation wavelength. Additionally, bimetallic nanoparticles patterns with different size, composition and lattice constants have been conducted by electron beam lithography. The systematic study of their interesting plasmonic and SERS enhancing properties revealed maintenance in the LSPR-SERS relation by changing the nanoparticle size

Au cours de cette thèse on étude deux des plus populaires systèmes de nano-échelle, nano fil et points quantiques (quantum dots), dans le cadre d'une approximation basé sur des premiers principes. Afin d'atteindre cet objectif, nous avons utilisé et développé des théories plus sophistiquées qui nous ont permis d'avoir un meilleur aperçu de la façon dont les systèmes se comportent. Un aspect commun qui limite ces deux types de systèmes (nano fil et points quantiques) est la souplesse de contrôler les propriétés électroniques et optiques. Cette accordabilité des propriétés électroniques et optiques les dote d'un grand intérêt technologique, et elle est la raison de sa popularité / In this thesis we studied two of the most popular nano-scale systems, nano-wires and quantum dots, via a first-principles approach. In order to achieve this objective we have used and developed state-of-the-art theories that allowed us to have a greater insight into the the way this systems behave. One common aspect that bounds this two class of systems (nano-wires and quantum dots) is the flexibility to control their electronic and optical properties. This tunability of their electronic and optical properties, endows them of great technological interest, and is the reason behind their popularity

L'utilisation d'un montage expérimental pompe-sonde a permis l'étude de différentes propriétés physiques typiques de différentstypes de nano-objets. Tout d'abord, l'étude sélective d'un transfert d'électron dans un nano-hybride semi-conducteur/métal composé d'un nano-bâtonnet de CdS et d'une nanoparticule d'or en contact direct avec le semi-conducteur, a prouvé l'existence du transfert de charge entre les deux composants du nano-hybride et montré que ce phénomène intervient pour des temps caractéristiques inférieurs à 15 femtosceondes. L'étude des propriétés optiques des nanoparticules d'or ayant reçu les charges transférées a montré que l'ajout de quelques charges négatives à de petites nanoparticules d'or provoque un décalage de la résonance palsmon dans le rouge du spectre. Ensuite, la mesure des modes de vibrations fondamentaux de nano-objets métallique (spériques ou sphéroïdaux) encapsulés par une couche encapsulés par une couche diélectrique ou métallique nous a permis d'obtenir des informations sur les épaisseurs relatives des différentes couches composants les nano-objets étudiés ainsi que sur les la qualité du contact entre ces couches. Enfin, l'étude du temps typique d'interaction électron-phonon dans des nanoparticules métalliques a mis en évidence que deux méthodes de mesure optique de ce temps par spectroscopie ultrarapide sont pôssibles, et que des effets de transitions entre un comportement type "peti solide" et un comportement moléculaire sont observable pour des nanoparticules de moins de 250 atomes / The usse of a pump-probe experimental setup allowed the study of different specific physical properties of different types of nano-objects. First, the selective study of an hybrid nanoparticles comosed of a CdS nanostick and a particle directly groxwn on the semiconductor part proved the existence of a transfer between the two part of the hybrid nanoparticle and showed that this phenomenon occurs in less than 15 femtosecondes. The study of optical propertie of gold nanoparticles with an extra charge due to the transfer showed that adding few electrons to a small gold nanoparticles leads to a red shift of the plasmon resonance. Secondly, measurment of the period of fundamental vibration modes of a bilayer nano-object (spheric or elongated) composed of a metallic core and a dielectric or metallic shell lead to information on the relative thickness of the layers and the contact quality between them. LAstly, the study of the characteristic time of electron-phonon interactions in metallic nanoparticles has proven that there are two different methods of measuring this characteristic time, and its investigation for small nanoparticles (less than 250 atoms) leads to the observation of a transition form a "bulk" to a molecular behaviour