L'objet de cette these est l'etude des differentes phases solides electroniques et liquides quantiques, que l'on trouve dans des systemes electroniques bi-dimensionnels exposes a un champ magnetique perpendiculaire. La formation de ces phases est due aà la repulsion coulombienne entre les electrons restreints a un niveau de Landau partiellement rempli. Les calculs d'energie de cette these permettent de comprendre des etudes experimentales recentes, qui ont mis en evidence un comportement non monotone de la resistance transverse (de Hall). Cet effet est du a des transitions multiples de premier ordre entre les phases en competition. La deduction d'un modele de fermions composites en interaction - les quasi-particules responsables de l'effet Hall quantique fractionnaire - permet de plus l'etude de nouvelles phases qui paraissent a fort champ magnetique. En particulier, un effet Hall quantique fractionnaire a des valeurs inhabituelles du champ a ete identifie comme la manifestation d'une deuxieme generation de fermions composites.

We have developed a Monte Carlo model to simulate the transport of solar near-relativistic (NR; 30-300 keV) electrons along the interplanetary magnetic field (IMF), including adiabatic focusing, pitch-angle dependent scattering, and solar wind effects. By taking into account the angular response of the LEFS60 telescope of the EPAM experiment on board the "Advanced Composition Explorer" spacecraft, we have been able to transform simulated pitch-angle distributions into sectored intensities measured by the telescope. We have developed an algorithm that allows us, for the first time, to infer the best-fit transport conditions and the underlying solar injection profile of NR electrons from the deconvolution of the effects of interplanetary transport on observational sectored intensities. We have studied seven NR electron events observed by the LEFS60 telescope between 1998 and 2004 with the aim of estimating the roles that solar flares and CME-driven shocks play in the acceleration and injection of NR electrons, as well as the conditions of the electron transport along the IMF.In this set of seven NR electron events, we have identified two types of injection episodes in the derived injection profiles: short (< 20 min) and time-extended (> 1 h). The injection profile of three events shows both components; an initial injection episode of short duration, followed by a second much longer lasting episode; two events only show a time-extended injection episode; while the others show an injection profile composed by several short injection episodes. We have found that the timing of the prompt short injection episodes agrees with the timing of the hard X-rays and radio type III bursts. On the other hand, time-extended injection episodes seem to be related to intermittent radio emissions at the height of the CME leading edge or below, and sometimes to type II radio bursts. Thus, we conclude that short injection episodes are preferentially associated with the injection of flare-accelerated particles, while longer lasting episodes are provided by CME-driven shocks or post-eruptive reconnection phenomena at coronal heights lower than those of the CME-driven shocks.From the fit of the events, we have derived the transport conditions of the electrons. We have found that the electron propagation was almost scatter-free (the radial mean free path of the electrons was ~0.9 AU) during two of the events, whereas during five of the events the propagation occurred under strong scattering conditions (the radial mean free path of the electrons was smaller than 0.2 AU). Those events showing a long radial mean free path reached the maximum intensity shortly (< 15 min) after the onset of the event; whereas those events showing a small radial mean free path reached the maximum intensity more than one hour after the onset. The overall conclusion from this study is that there is a continuous spectrum of scenarios that allow for either flare or CME-driven shock NR electron injection, or for both, and that this can occur both under strong scattering and under almost "scatter-free" propagation conditions.SUBJECT HEADINGS: Sun: coronal mass ejections (CMEs) Sun: flares Sun: particle emission / Hemos desarrollado un modelo Monte Carlo para simular el transporte de electrones solares casi-relativistas (30-300 keV) en el medio interplanetario que tiene en cuenta los efectos de la focalización adiabática, la dispersión en ángulo de batida y los efectos del viento solar. Teniendo en cuenta la respuesta angular del telescopio, hemos desarrollado un método que permite transformar las distribuciones angulares de partículas simuladas en intensidades sectoritzadas observadas por el telescopio LEFS60 a bordo de la sonda interplanetaria ACE. Esto nos ha permitido desarrollar un algoritmo que permite, por primera vez, deconvolucionar los efectos del transporte interplanetario en las intensidades sectoritzadas observadas, con el objetivo de determinar el perfil de inyección solar de electrones y las características del transporte. Hemos aplicado el modelo al estudio de siete sucesos de electrones observados por la sonda ACE. Los resultados ponen de manifiesto que la inyección de electrones casi-relativistas está asociada con procesos fulgurativos, choques conducidos por eyecciones de masa coronal o con ambos, y que el transporte se puede producir tanto en condiciones muy dispersivas como en condiciones muy poco dispersivas. / RESUM:Hem desenvolupat un model Monte Carlo per simular el transport d'electrons solars quasi-relativistes (30-300 keV) en el medi interplanetari que té en compte els efectes de la focalització adiabàtica, la dispersió en angle de batuda i els efectes del vent solar. Hem desenvolupat un mètode per transformar les distribucions angulars de partícules simulades en intensitats sectoritzades observades pel telescopi LEFS60 a bord de la sonda interplanetària ACE, tenint en compte la resposta angular del telescopi. Això ens ha permès desenvolupar un algoritme que permet, per primera vegada, deconvolucionar els efectes del transport interplanetari en les intensitats sectoritzades observades, amb l'objectiu de determinar el perfil d'injecció solar d'electrons observats per la sonda ACE. Els resultats posen de manifest que la injecció d'electrons quasi-relativistes pot produir-se en processos fulguratius, en xocs conduïts per ejeccions de massa coronal o en ambdós, i que el transport es pot produir tant en condicions molt dispersives com en condicions molt poc dispersives.

OF THE PhD.This PhD project has been fully developed at the department of physical-chemistry of the University of Barcelona. The work involves a fundamental study of passivity on iron electrodes by using advanced applications of Scanning Probe Microscopy techniques. The main concepts of the Semiconductor Electrochemistry have been introduced in a simple way to make them accessible for an electrochemist. The final conclusions deals with a quantitative diagram of the energy levels distribution at the oxide  electrolyte interface. The new methodologies developed in this PhD work are extensive to the quantitative study of the electron transfer through any electrode  liquid junction.After an initial electrochemical characterization of the system, we succeed in coupling our three-electrode configuration into an STM microscope. Special efforts were put on the cell design which finally resulted in a robust ECSTM system that allowed the first in situ topographic and electric measurements of the Fe oxide  borate buffer interface under a strict electrochemical control. Additional ex situ microscopy and spectroscopy techniques were also used in combination to elaborate the first oxide growth mechanism and the quantitative electronic band diagram picture of the interface. Convinced that the different transitions of the electronic properties on the iron oxide surface governed its passivity and redox behavior, we went further in its electrical characterization and were embarked in the design of a new methodology to perform real electrochemical tunneling spectroscopy (ECTS). Although its experimental realization had been previously demonstrated on other ideal semiconducting electrodes, several technical difficulties had braked its wide fan of possibilities. Within the last two years of this Ph.D, we have invested efforts to solve the main technical problems and presented by the first time a novel procedure to record reproducible in situ electronic spectra of an electrode  electrolyte interface as a function of the oxidation state of the substrate. Their benefits go far beyond this study as it is shown in the Appendix A of this Ph.D. We found especially advantageous the combination of ECTS with the capacitance data of the same interface on determining its corresponding band diagram in a quantitative energy scale. Finally, the last block of the Ph.D. work have been devoted to the analysis and interpretation of the in situ tunneling spectroscopy data which have been employed firstly, to elaborate a complete mechanism of the formation and dissolution of the iron passive layer, and secondly, to revisit the concept of passivity from an electronic point of view. All these background was finally used on the quantitative electronic characterization of the passivity breakdown process of an iron electrode in the presence of chloride. The picture deduced in this last study is probably the highest impact feature of the present work since it directly addresses to the real capabilities that the technique shows on a dynamic process of remarkable technical impact.

Après la découverte des réactions hétérogènes gaz/glace mises en jeu dans la destruction de l'ozone stratosphérique, beaucoup d'études concernant l'adsorption de HCl sur la glace ont été menées. Dans ce travail, on analyse l'influence de l'adsorption de HCl sur la structure et la dynamique de films de glace supportés. La structure de la monocouche (MC) d'eau adsorbée sur MgO(001) est étudiée par analyse dynamique des intensités DEL sur monocristal et par Diffraction de Neutrons sur poudre homogène. Le meilleur accord expérience-théorie est obtenu avec une structure p(3x2) dans laquelle les molécules d'eau sont délocalisées des sites d'adsorption Mg. La dynamique et la structure de films plus épais, adsorbés sur poudres de MgO, sont déterminées par diffraction et Diffusion Quasi-Elastique de Neutrons. La coexistence de la monocouche p(3x2) et d'une phase 3D (glace Ih à basse température, liquide à 273K) est observée. Le substrat provoque une anisotropie de croissance des cristallites de glace. La DQEN corrélée à des calculs de Dynamique Moléculaire montre qu'une couche quasi-liquide apparaît à la surface de la glace à 265K. Nous analysons ensuite l'interaction HCl/glace. HCl détruit de manière irréversible la symétrie (3x2) de la monocouche. Pour les films plus épais, la structure et la dynamique des films de glace sont également modifiées en fonction de la température et du degré de recouvrement en HCl. On observe à 220K la coexistence de la glace Ih avec le dihydrate de chlore. A 250K on montre l'apparition d'un film quasi-liquide pour 0,3 et 0,6 MC de HCl. La mobilité décroît pour 1 MC, le film devient complètement amorphe. Les implications pour la chimie atmosphérique sont discutées. Enfin, des études préliminaires concernant l'adsorption de l'eau sur BaF2(111) sont réalisées. Elles montrent que c'est un bon substrat monocristallin pour la croissance épitaxiale de films épais de glace.

Ce travail de thèse expérimental traite de la caractérisation et de l'optimisation de sources d'électrons et de photons (gamme en énergie keV- MeV) produites lors de l'interaction d'un laser à impulsion courte et intense avec une cible à l'état de plasma. La caractérisation en énergie et angulaire de ces sources est un enjeu d'importance, notamment dans la perspective de les utiliser pour des expériences de physiques nucléaires dans les plasmas. Une partie de ce travail est consacrée à l'étude des écrans photostimulables (IPs), détecteurs couramment utilisés pour la mesure des distributions en énergie et angulaire des faisceaux de particules accélérées par laser. Les caractéristiques des écrans de type MS, SR et TR de la marque Fuji ont été étudiés et leurs fonctions de réponse aux électrons, photons, protons et particules alpha sont établies dans une gamme en énergie de quelques kev à plusieurs MeV. Enfin un protocole est proposé pour réaliser des mesures quantitatives avec ces détecteurs dans différentes configurations expérimentales.Dans une seconde partie, une source d'électrons produite avec l'installation ELFIE du LULI dans la gamme en énergie de l'ordre du MeV a été caractérisée et optimisée en faisant varier l’extension spatiale du pré-plasma dans lequel interagi le laser intense. En particulier nous montrons que plus de 1011 électrons de plus de 10 MeV sont accélérés lors de l’interaction laser- plasma pour des conditions particulières d’extension longitudinale du pré-plasma en amont, mais aussi en aval de la cible.Dans une dernière partie, une source de photons produite à haute cadence avec le laser AURORE du CELIA est étudiée dans une gamme en énergie d'une dizaine de keV. L’originalité de la source réside dans la nature de la cible qui est du gallium à l'état liquide. Nous montrons en particulier que l'énergie moyenne et le nombre des photons peuvent être optimisés en créant des jets de gallium à la surface de la cible au moyen d'une pré-impulsion laser. Une interprétation physique du phénomène est proposée s’appuyant sur des simulations numériques. / This work takes place in the framework of the characterization and theoptimization of laser-driven electron and photon sources. With the goal of usingthese sources for nuclear physics experiments, we focused on 2 energy ranges:one around a few MeV and the other around a few tens of keV. The first partof this work is thus dedicated to the study of detectors routinely used forthe characterization of laser-driven particle sources: Imaging Plates. A modelhas been developed and is fitted to experimental data. Response functions toelectrons, photons, protons and alpha particles are established for SR, MS andTR Fuji Imaging Plates for energies ranging from a few keV to several MeV. Thesecond part of this work present a study of ultrashort and intense electron andphoton sources produced in the interaction of a laser with a solid or liquid target.An experiment was conducted at the ELFIE facility at LULI where beams ofelectrons and photons were accelerated up to several MeV. Energy and angulardistributions of the electron and photons beams were characterized. The sourceswere optimized by varying the spatial extension of the plasma at both the frontand the back end of the initial target position. In the optimal configuration ofthe laser-plasma coupling, more than 10exponent11 electrons were accelerated. In the caseof liquid target, a photon source was produced at a high repetition rate on anenergy range of tens of keV by the interaction of the AURORE Laser at CELIA(10exponent16 W cm exponent-2) and a melted gallium target. It was shown that both the meanenergy and the photon number can be increased by creating gallium jets at thesurface of the liquid target with a pre-pulse. A physical interpretation supportedby numerical simulations is proposed.

Ce travail de thèse expérimental traite de la caractérisation et de l'optimisation de sources d'électrons et de photons (gamme en énergie keV- MeV) produites lors de l'interaction d'un laser à impulsion courte et intense avec une cible à l'état de plasma. La caractérisation en énergie et angulaire de ces sources est un enjeu d'importance, notamment dans la perspective de les utiliser pour des expériences de physiques nucléaires dans les plasmas. Une partie de ce travail est consacrée à l'étude des écrans photostimulables (IPs), détecteurs couramment utilisés pour la mesure des distributions en énergie et angulaire des faisceaux de particules accélérées par laser. Les caractéristiques des écrans de type MS, SR et TR de la marque Fuji ont été étudiés et leurs fonctions de réponse aux électrons, photons, protons et particules alpha sont établies dans une gamme en énergie de quelques kev à plusieurs MeV. Enfin un protocole est proposé pour réaliser des mesures quantitatives avec ces détecteurs dans différentes configurations expérimentales.Dans une seconde partie, une source d'électrons produite avec l'installation ELFIE du LULI dans la gamme en énergie de l'ordre du MeV a été caractérisée et optimisée en faisant varier l'extension spatiale du pré-plasma dans lequel interagi le laser intense. En particulier nous montrons que plus de 1011 électrons de plus de 10 MeV sont accélérés lors de l'interaction laser- plasma pour des conditions particulières d'extension longitudinale du pré-plasma en amont, mais aussi en aval de la cible.Dans une dernière partie, une source de photons produite à haute cadence avec le laser AURORE du CELIA est étudiée dans une gamme en énergie d'une dizaine de keV. L'originalité de la source réside dans la nature de la cible qui est du gallium à l'état liquide. Nous montrons en particulier que l'énergie moyenne et le nombre des photons peuvent être optimisés en créant des jets de gallium à la surface de la cible au moyen d'une pré-impulsion laser. Une interprétation physique du phénomène est proposée s'appuyant sur des simulations numériques.

L'enginyeria de les propietats plasmòniques de les nanoestructures metàl·liques requereix un control acurat de les seves formes i distribució. Això normalment s'aconsegueix amb l'ús de la litografia per feix d'electrons sobre polímers electro-sensibles combinat amb la deposició de capes fines de metall i el lift-off. La deposició directa i localitzada de metalls induïda per un feix d'electrons (FEBID per Focused Electron Beam Induced Deposition) és un mètode alternatiu querecentment ha rebut un interès creixent en microelectrònica però encara no ha despertat massa atenció dins la comunitat d'òptica. L'FEBID és el resultat de la descomposició local, per un feixd'electrons focalitzat, de les molècules d'un precursor adsorbides sobre una superfície. Aquesta s'ha aplicat majoritàriament en la escriptura directa de contactes o per a la reparació de circuits, però amb l'ús de metalls nobles podria aprofitar-se per a l'òptica de plasmons.En aquesta tesi es demostra l'ús de l'FEBID per a fabricar nanoestructures d'or per a aplicacions d'òptica de plasmons. S'investiguen els efectes del material del substrat i dels paràmetres de deposició, com ara el corrent del feix i la pressió de vapor d'aigua, sobre el ritme de creixement i la puresa de l'or. S'ha emprat un recuit ex situ de la mostra com a mètode de millora de la puresa. Les mesures òptiques de dispersió sobre les estructures purificades evidencien que suporten plasmons de superfície localitzats. Aquest mètode de fabricació permet el creixement d'estructures plasmòniques amb una elevada relació d'aspecte i ha de facilitar l'escriptura en superfícies no planes com l'extremitat d'una sonda de rastreig allargada. / La ingeniería de las propiedades plasmónicas de las nanoestructuras metálicas requiere un control preciso de sus formas y distribución. Esto normalmente se consigue con el uso de la litografía por haz de electrones sobre polímeros electro-sensibles combinado con la deposición de capas finas de metal y el lift-off. La deposición directa y localizada de metales inducida por un haz de electrones (FEBID por Focused Electron Beam Induced Deposition) es un método alternativo que recientemente ha despertado un interés creciente en microelectrónica pero todavía no ha recibido demasiada atención dentro de la comunidad de óptica. La FEBID es el resultado de la descomposición local, por un haz de electrones focalizado, de las moléculas de un precursor adsorbidas sobre una superficie. Esta se ha aplicado mayoritariamente en la escritura directa de contactos o para la reparación de circuitos, pero con el uso de metales nobles podría ser aprovechada para la óptica de plasmones.En esta tesis se demuestra el uso de la FEBID para fabricar nanoestructuras de oro para aplicaciones de óptica de plasmones. Se investigan los efectos del material del sustrato y de los parámetros de deposición, como la corriente del haz y la presión de vapor de agua, sobre el ritmo de crecimiento y la pureza del oro. Se ha utilizado un recocido ex situ de la muestracomo método de mejora de la pureza. Las medidas ópticas de dispersión sobre las estructuras purificadas evidencian que soportan plasmones de superficie localizados. Este método de fabricación permite el crecimiento de estructuras plasmónicas con una elevada relación de aspecto y tiene que facilitar la escritura en superficies no planas como la extremidad de una sonda de rastreo alargada. / Engineering the plasmon properties of metal nanostructures requires an accurate control on their shapes and distribution. This is conventionally achieved by using electron-beam lithography on electro-sensitive polymers combined with thin-metal-film deposition and lift-off. Direct local deposition of metals induced by a focused electron beam (FEBID for Focused ElectronBeam Induced Deposition) is an alternative method that has been receiving a growing interest in microelectronics but it has not yet received much attention in the optical community. The FEBID is the result of the local decomposition, by a focused electron beam, of precursor molecules adsorbed on a surface. It has mostly been applied to direct-contact writing or to circuit reparation, but can be applied advantageously to plasmon optics when involving noble metals.In this thesis the use of the FEBID to fabricate gold nanostructures for plasmon optics applications is demonstrated. The effects of the substrate material and the deposition parameters, such as beam current and water vapor pressure, on both the deposition rate and the gold purity are investigated. Ex-situ annealing of the sample is used as a purity improvement method. Scattering optical measurements on the purified structures evidence that they support localized surface plasmon resonances. This fabrication method enables to grow high aspect ratio plasmonic structures and to render much easier nano-patterning on non-flat surfaces such as the extremity of an elongated scanning probe.

Ce document synthétise mes actions de recherches dans la métrologie optique pour l'hypersonique à haute enthalpie rencontré lors d'une rentrée atmosphérique. Je présente en début de ce document la problématique de la rentrée atmosphérique dont la maîtrise est primordiale pour le retour sur Terre d'un vol habité ou d'une sonde de retour d'échantillons. Je décris ensuite les moyens de mesures servant à caractériser le gaz en écoulement autour d'un véhicule de rentrée en test dans une soufflerie ou en vol de démonstration. En particulier les moyens d'optique linéaire que sont la fluorescence induite par faisceau d'électrons (FFE) ou par laser, la spectroscopie d'absorption ou d'émission et le LIDAR à diffusion Rayleigh.