Le but de cette thèse est l'étude des propriétés de résonance ferromagnétique (RFM) de nanostructures et contacts atomiques. Pour ce faire, nous exploitons le fait que les propriétés de transport électrique sont dominées par le contact atomique, et nous utilisons une détection électrique. Nous avons développé un nouveau dispositif expérimental dans lequel un dispositif mécanique de jonctions à cassure est conçu pour un environnement hyperfréquence où les mesures électriques peuvent être réalisées avec des champs magnétiques statiques et dynamiques variables. Des nanostructures ont d'abord été mesurées pour déterminer la fiabilité et la grande sensibilité de notre système. Ensuite la susceptibilité, de parois de domaines à des fréquences supérieures à celles les propageant, a été déterminée comme indépendante de la fréquence. Cette susceptibilité était environ 10 fois supérieure à celle des domaines saturés. Le dispositif expérimental permet également d'étudier l'interaction entre courants de spins et propriétés dynamiques de nanostructures pendant la résonance ferromagnétique. Les courants de spins générés dynamiquement à la RFM ont été mesurés en utilisant l'effet Hall inverse de spin dans des nanostructures Py/Pt. L'influence, sur la RFM, des courants de spin inject'es par effet Hall de spin dans le platine, y a également été observée. Dans les contacts atomiques la RFM a aussi été étudiée à l'aide de mesures du signal rectifié. Lors de la cassure de nos nanostructures de cobalt ou de permalloy, de nouveaux modes de résonance apparaissent à des champs plus élevés que la résonance uniforme. Nous attribuons cet effet à la modification des champs démagnétisant lors de la réduction du diamètre de la constriction. Dans la géométrie du contact atomique, nous avons mesuré la résonance de parois de domaines contraintes. Dans ce cas, le signal rectifié généré par quelques atomes, dépend fortement de la fréquence et peut atteindre des valeurs 1000 fois supérieures à celles de la RFM des domaines avant cassure.

Cette thèse traite l'interaction d'ordres en compétition dans les cuprates supraconducteurs dopés en trous; il sera question de supraconductivité et d'ordre de charge. Dans une première étude, la conductivité thermique $\kappa_{\rm xx}$ sous forts champs magnétiques du cuprate YBCO est utilisée pour mesurer le champ critique $H_{\rm c2}$. Cette expérience révèle la forte compétition entre la supraconductivité et l'ordre de charge dans ces matériaux dopés en trous. Ce résultat représente la première mesure directe de champ critique $H_{\rm c2}$ dans cette famille de supraconducteurs et démontre l'absence de liquide de vortex à température nulle. Dans une deuxième étude, la combinaison de l'effet Hall thermique $\kappa_{\rm xy}$ et de mesures électriques sous forts champs magnétiques permet l'exploration de la loi de Wiedemann-Franz dans le cuprate YBCO. En démontrant que cette loi est satisfaite au-dessus du champ magnétique critique $H_{\rm c2}$ déterminé lors du premier projet, cette expérience montre qu'il ne reste pas de supraconductivité au-dessus du champ magnétique critique et que l'état normal des cuprates sous-dopés est métallique. Dans une troisième étude, l'effet Hall thermique $\kappa_{\rm xy}$ est utilisé pour sonder la surface de Fermi d'un matériau dans sa phase supraconductrice. Pour les cuprates sous-dopés en trous, ce projet révèle qu'il n'y a pas de reconstruction de la surface de Fermi en champ nul par l'ordre de charge à courte portée. Cette expérience pionnière représente ainsi le trait d'union manquant entre de nombreux résultats qui pourtant parurent contradictoires au premier abord.

Cette thèse décrit l’incorporation de fer dans l’hétérostructure InGaAsP/InP par implantation ionique à haute énergie (MeV) suivi d’un recuit thermique rapide. L’alliage quaternaire InGaAsP est tout indiqué pour fabriquer des couches photoconductrices qui peuvent absorber dans le proche-infrarouge, à 1.3 µm ou 1.55 µm. Ce procédé vise à développer de nouveaux matériaux de forte résistivité pour l’holographie photoréfractive et la spectroscopie térahertz pulsée. À notre connaissance, cette investigation représente les premiers essais détaillés de l’implantation de fer dans le matériau InGaAsP/InP. Les principaux paramètres de fabrication, tels la fluence d’ions de fer, la température d’implantation et la température de recuit ont été explorés. Les propriétés physiques des matériaux produits ont été étudiées avec des mesures électriques (résistivité et effet Hall avec l’analyse de Van der Pauw), optiques (photoluminescence, absorption et réflectivité différentielle résolue en temps) et structurales (diffraction de rayons X, canalisation de la rétrodiffusion Rutherford et microscopie électronique en transmission). Pour fabriquer des couches à forte résistivité pour des applications holographiques à 1.3 µm, nos résultats ont montré qu’il est préférable d’éviter l’amorce de l’amorphisation lors de l’implantation du quaternaire pour maintenir une bonne qualité cristalline après recuit. Ceci favoriserait une compensation par l’activation du fer comme impureté profonde. Une résistivité de l’ordre de 10[indice supérieur 4] Ωcm est mesurée après recuit. Pour fabriquer des couches à forte résistivité pour des applications de spectroscopie térahertz pulsée à 1.55 µm, nous privilégions l’amorphisation par implantation froide et la recristallisation, ce qui réduit le temps de recombinaison des photoporteurs sous la picoseconde. L’émission d’ondes térahertz par ce matériau est démontrée sur une largeur de bande de 2 THz. L’évidence expérimentale montre la formation d’une microstructure polycrystalline dans la couche d’InGaAsP, ayant une forte densité de fautes planaires et une taille de grains nanométrique qui varient avec la température de recuit, ce qui suggère une connexion avec les propriétés optoélectroniques du matériau.

Ce travail porte sur l'étude du transport électronique dans le graphène, en particulier à fort champs magnétiques, en régime d'Effet Hall Quantique. Il a pu être mis en évidence les mécanismes de transport électronique à énergie finie dans ce régime, les lois d'universalité de l'effet Hall quantique observées dans les gaz bidimensionnels d'électrons ont été retrouvées. Nous avons aussi pu observer pour la première fois la transition entre un régime de transport avec interactions et un sans interaction électronique grâce aux effets d'écrantage de la grille permettant de doper le graphène. Cette transition permet de confirmer une loi de saut à pas variable donnée par Efros-Shklovskii comme mécanisme de transport dominant dans l'effet Hall quantique.

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Les chercheurs savent depuis longtemps que la supraconductivité est engendrée par le couplage de paires d’électrons, appelées paires de Cooper. Par contre, l’origine de l’inter-action conduisant à l’attraction effective entre les électrons formant les paires demeure mal comprise pour certains matériaux découverts durant les trente dernières années. Dans ce mémoire, la supraconductivité a été induite dans des cuprates dopés aux électrons faisant partie de la famille des infinite-layers (IL), ayant la forme Sr[indice inférieur 1−x]Nd[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 2]. Les IL ne peuvent être déposés en couches minces par la technique d’ablation laser que depuis très récemment. L’étude systématique de ces composés reste donc entièrement à accomplir. Les IL ont également une structure cristalline extrêmement simplifiée qui facilite l’interprétation des phénomènes physiques mesurés en laboratoire. L’étude des IL est un véritable tour de force. Plusieurs groupes de recherche dans le monde tentent de les synthétiser en couches minces avec beaucoup de difficulté. Ces matériaux sont métastables et d’une sensibilité déconcertante. Obtenir des couches minces exemptes de phases parasites est un travail de longue haleine. Ce défi a non-seulement été relevé, mais il a été possible de réaliser de la microfabrication sur les couches minces crues, rendant toute caractérisation des propriétés de transport beaucoup plus précise. L’ablation laser pulsée est la technique qui a été utilisée pour faire la croissance des couches minces étudiées. La diffraction des rayons-X a permis l’identification des phases de la structure cristalline, mais surtout l’étude des propriétés structurales des couches minces déposées. Une analyse des paramètres en plan (a) et hors plan (c) de la cellule unité de ces couches minces en fonction des conditions de croissance s’est avérée essentielle. Il a été remarqué que le paramètre hors plan joue un rôle limitant dans l’émergence de la supraconductivité. Des mesures de résistivité à très basses températures et sous champs magnétiques intenses ont permis d’établir un lien entre l’apparition de la supraconductivité et la grandeur du paramètre hors plan de la structure cristalline. Une transition complète ne semble être possible que lorsque le paramètre hors plan se trouve sous une grandeur critique, c = 3,41[A rond majuscule]. Des mesures d’effet Hall en fonction de la température sur des échantillons ayant différentes valeurs du paramètre hors plan ont permis de déterminer l’évolution des porteurs de charges présents en fonction de c. Les échantillons supraconducteurs suggèrent que la présence de trous comme porteurs de charge est essentielle à l’émergence de la supraconductivité. Leur présence semble diminuer rapidement à partir d’un paramètre hors plan plus grand que 3,41[A rond majuscule]. Il est possible d’établir un lien fondamental entre le comportement de la densité observé et celui d’une autre famille de supraconducteurs, les dopés aux électrons ayant une structure T’.

On considère un analogue électronique de l'interféromètre de Hong-Ou-Mandel (HOM), dans lequel deux électrons uniques propagent selon des états de bords chiraux opposés et rentrent en collision au niveau d'un point contact quantique. En étudiant le bruit de courant, on montre qu'en raison des interactions entre les canaux co-propageant, le degré d'indistinctibilité entre deux paquets d'ondes électroniques est dramatiquement réduit, ce qui résulte en un contraste réduit pour le signal HOM. Ce phénomène de décohérence dépend fortement de la résolution en énergie des paquets. Étant donné que les interactions provoquent la fractionalisation de la charge, on montre que le mode de charge et le mode neutre interfèrent l'un avec l'autre, ce qui crée des creux ou des pics satellites dans le bruit de courant. Nos calculs expliquent de récents résultats expérimentaux qui révèlent un signal électronique HOM avec un contraste réduit. / We consider an electronic analog of the Hong-Ou-Mandel (HOM) interferometer, where two single electrons travel along opposite chiral edge states and collide at a Quantum Point Contact. Studying the current noise, we show that because of interactions between co-propagating edge states, the degree of indistinguishability between the two electron wavepackets is dramatically reduced, leading to reduced contrast for the HOM signal. This decoherence phenomenon strongly depends on the energy resolution of the packets. Insofar as interactions cause charge fractionalization, we show that charge and neutral modes interfere with each other, leading to satellite dips or peaks in the current noise. Our calculations explain recent experimental results where an electronic HOM signal with reduced contrast was observed.

Le sujet de cette thèse concerne le transport en alternatif à basse fréquence dans les états de bords de l'effet Hall quantique. L'objet d'étude est la partie imaginaire de l'admittance, inductive ou capacitive, des échantillons de Hall. Dans un gaz d'électrons bidimensionnel, le transport à très basse température sous champ magnétique quantifiant, se fait dans des canaux de bord unidimensionnels. Ces canaux ont une capacité quantique propre et sont par ailleurs couplés par l'interaction électrostatique.Nos échantillons sont fabriqués à partir d'hétérojonctions GaAlAs/GaAs et n'ont pas de grille pour n'exhiber que leur propriétés capacitives intrinsèques. Deux topologies sont étudiées dans cette thèse : les barres de Hall et les Corbinos, de géométrie circulaire. La topologie permet de distinguer 2 comportements dans le transport en alternatif.Sont d'abord présentées les mesures à l'impédancemètre de la partie imaginaire de l'impédance et les spectres de réactance, pour les barres de Hall en fonction de la fréquence. Nous utilisons des mesures 3 points ou bien 2 points, mais toujours en 4 fils, et révélons la nature inductive des état de bords. Nous montrons que l'inductance est inversement proportionnelle à la densité d'état, comme le prévoit le calcul de l'inductance quantique d'un canal 1D. Le formalisme de Buttiker permet en outre de comprendre cette dépendance en terme de capacité mutuelle des états de bords.Nous mesurons également la partie imaginaire de l'admittance et traçons les spectres de susceptance des Corbinos, qui s'avèrent être des capacités parfaites. Nos résultats s'interprètent en faisant intervenir la capacité quantique des états de bords.Enfin, nous montrons que l'effet Hall dans un échantillon type barre, peut être vu comme l'effet d'apparition d'une inductance, et ceci même à haute température. Cette inductance cinétique est le résultat de l'augmentation du temps de dissipation de l'énergie sur les phonons, avec le champ magnétique. / In a two dimensional electron gas, low energy transport in presence of a magnetic field occurs in chiral 1D channels located on the edges of the sample. In the Buttiker’s description of a.c. quantum transport, the “emittance” determines the amplitude of the imaginary part of the admittance, whose sign and physical meaning are determined by the topology: in the case of an Hall bar the emittance is an inductance, while it is a capacitance in the case of a corbino sample.Emittance is related to the density of states and to the drift velocity of carriers. So quantum capacitances and inductances give access to the velocity of the charge carriers through the transit time/dwell time of charges in the quantum circuit.We performed systematic studies on samples with different topologies : Hall bars and Corbino disks. Our samples have no gate, which makes us able to observe the inner properties of the quantum states. We have measured the ac admittance of quantum Hall samples using standard electrical techniques in the [0.1-100] kHz frequency range, at low temperature under high magnetic field.We measured kinetic inductances of Hall bars with three contacts and showed the perfect inductive nature of edge states. We measured quantum capacitances of Corbino disks as well. In both topologies we observed the close relation between the emittance and the density of states. We show also the proportionality between the emittance and the length of the circuit. We obtain the transit time of electrons through the device, and finally the drift velocity on edge states.At high temperature we still observe an inductive behavior of Hall bars, induced by increase of energy relaxation time with magnetic field.

Ce mémoire est consacré à l'étude théorique et expérimentale de la dynamique rapide de l'aimantation dans des nanostructures de (Co3Å/Pt6Å)6 à forte anisotropie perpendiculaire. J'ai proposé d'assister le retournement de l'aimantation par un champ d'échange dans le plan de La nanostructure. Un modèle analytique a été développé dans l'approximation macrospin. Ce champ d'échange réduit significativement l'amplitude de l'impulsion du champ magnétique nécessaire pour le retournement, et ce à la fois si le champ appliqué est parallèle au champ d'échange ou perpendiculaire au plan de la nanostructure. Dans ce dernier cas, la ré-écriture directe est possible et la réduction du champ de retournement peut être utilisée pour augmenter de 24% la densité d'enregistrement sur disques durs en ayant recours à des matériaux à plus forte anisotropie magnétique. L'aspect expérimental comprend deux parties. La première concerne la conception, la réalisation et la caractérisation des échantillons. Après la définition des circuits hyperfréquences, quatre procédés technologiques pour leur microfabrication ont été testés et comparés. Les microcircuits incorporent une source de champ localisée, prenant la forme d'une microbobine ou d'une ligne coplanaire. Leur bande passante varie entre 14 GHz et 20 GHz. Les champs magnétiques typiques générés par la microbobine et la ligne coplanaire sont respectivement de 1.9 Oe/mA et 1.3 Oe/mA. Les mesures résolues en temps par effet Hall extraordinaire ont été réalisées pour sonder la réponse précessionnelle de l'aimantation induite l'impulsion du champ. La forte résistance DC de la multicouche Co/Pt a rendu difficile la détection de ce signal. Des mesures quasi-statiques de retournement avec une/plusieurs impulsions de durées autour de la nanoseconde assistées par un champ statique perpendiculaire ont été faites. L'impulsion du champ aide le retournement, vraisemblablement par nucléation. A titre d'exemple, il a été notamment montré qu'une impulsion de 32 mT et de durée 10 ns peut retourner l'aimantation de presque toute une nanostructure de 500´500nm2 si cette impulsion est assistée par un champ statique de 22 mT.

Ce travail est consacré à l'étude expérimentale de l'origine de l'Effet Hall Anormal (EHA) et de la propagation d'une paroi de domaine. Pour cela, j'ai développé une technique de mesure basée sur l'effet Hall Anormal (EHA) qui a permis de suivre en temps réel la propagation d'une paroi magnétique dans des pistes submicroniques. La première partie est consacrée à étudier l'origine de l'EHA dans des films ultraminces de Pt/Co/Pt/Al2O3 à anisotropie magnétique perpendiculaire. En modifiant les propriétés structurales des interfaces par irradiation ionique, j'ai montré que la diffusion à la surface et aux interfaces sont les mécanismes dominants contribuant à l'EHA. En parallèle, j'ai utilisé l'EHA pour étudier la dynamique d'une paroi de domaine 1D dans des pistes submicroniques de largeur w0 gravées dans les films de Pt/Co/Pt/Al2O3. La vitesse de propagation de la paroi de domaine v(H) est fortement réduite lorsque w0 diminue et elle suit un comportement de reptation. Le champ critique effectif est proportionnel à 1/w0. Des mesures dans des pistes avec des défauts artifiellement contrôlés nous montrent que cet effet est du à la présence de la rugosité de bords de la piste introduite pendant les étapes de lithographie et de gravure. Un modèle théorique de reptation a été développé et il est en accord avec les résultats expérimentaux. Enfin, dans la dernière partie, nous avons démontré que la dynamique de propagation de la paroi peut être fortement modifiée par l'irradiation.