Les oxydes de cuivre (cuprates) forment une famille de matériaux pouvant, pour certains dopages, présenter de la supraconductivité à haute température de transition (Haut-T[indice inférieur c]). Cette famille est notable en raison des températures de transition supraconductrice record qui y sont observées.Les efforts pour y augmenter la température critique continuent. Pour atteindre cet objectif, on peut tenter d'affecter ou d'induire de la supraconductivité dans des hétérostructure [i.e. hétérostructures] de cuprates. Il a déjà été observé que, lorsque l'on met en contact deux cuprates non-supraconducteurs par le fait de leur dopage, il était possible de faire apparaître de la supraconductivité à l'interface entre ceux-ci. De telles observations ont été faites pour des multicouches de cuprates dopés aux trous et des multicouches de cuprates dopés aux électrons.Les mesures montrent qu'un transfert de charges à l'interface des couches serait à l'origine du phénomène. Dans le projet présenté dans ce mémoire, nous présentons une étude de bicouches de cuprates. Nos résultats montrent la production de supraconductivité dans des hétérostructures composées à la fois de cuprates dopés aux trous et aux électrons, ce qui n'avait pas été observé précédemment. Nos résultats semblent indiquer la présence d'un transfert de charges comparable à celui apparaissant dans des jonctions p-n de semi-conducteurs. Un transfert de charges a déjà été observé dans des multicouches de cuprates dopés aux trous, mais dans le cas présenté ici, les effets semblent se produire sur des échelles de longueur significativement plus grandes. Cette échelle anormalement élevée pourrait être expliquée par la contribution de l'effet de proximité géant déjà observé dans d'autres circonstances.Les cuprates dopés aux trous et aux électrons utilisés sont respectivement le La[indice inférieur 2-x]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4] (avec un sur-dopage de x = 0,28) et le Pr[indice inférieur 2-x]Ce[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4] (avec un sous-dopage x = 0,05). Ces deux matériaux sont, lorsqu'isolés (déposés séparément), non-supraconducteurs, et, respectivement, un métal normal et un isolant antiferromagnétique. L'ensemble des manipulations effectuées durant ce projet et leurs résultats est présenté dans ce mémoire. Tout d'abord, pour bien illustrer le domaine étudié, un survol théorique de base de la supraconductivité sera présenté dans le chapitre 1, suivi de la description des cuprates utilisés, d'un résumé des découvertes précédentes dans le domaine des hétérostructures de cuprates et d'une description des phénomènes pouvant se produire à l'interface d'une bicouche. Par la suite, le procédé exact de fabrication des échantillons et les différentes méthodes de mesure seront décrits dans le chapitre 2. Finalement, le chapitre 3 présentera et analysera les résultats des différentes mesures effectuées sur nos échantillons, soient la diffraction aux rayons-X, les mesures de résistivité en fonction de la température et du champ magnétique et la mesure de la caractéristique I-V en fonction de la température.Les mesures de résistivité ont été faites pour des épaisseurs variables des couches de La[indice inférieur 2-x]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4] et de Pr[indice inférieur 2-x]Ce[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4] et l'effet de l'épaisseur de ces couches est également présenté et analysé en détails.

La conception de jeux de barres nécessite le développement de modèles et d'outils informatiques spécifiques à ce domaine du génie électrique afin d'être compatible avec les méthodes de dimensionnement existantes. Les principales grandeurs utiles lors d'une conception sont : les courants circulant dans chaque conducteur ainsi que les grandeurs directement liées aux courants telle que la puissance dissipée sous forme de pertes joules. Les autres grandeurs recherchées découlent de la connaissance du courant: l'induction magnétiques et les efforts éîectrodynamiques. Dans un premier temps une approche qualifiable de conventionnelle est menée afin d'obtenir des modèles pouvant être utilisés dans des environnements de dimensionnement. Cette approche permet de présenter les difficultés matérielles ou théoriques rencontrées avec ces méthodes. Dans un second temps l'approche proposée afin d'évaluer le courant électrique est présentée et validée à l'aide d'une maquette et de simulations éléments finis. Lorsque le courant est connu, il est possible de mettre en place les méthodes de calcul permettant d'évaluer l'induction magnétique ainsi que les efforts éîectrodynamiques, puis de valider ces calculs à l'aide de simulation éléments finis. Finalement la méthodologie d'optimisation est présentée et deux optimisations sur des cas réels sont présentées.

Le cadre de cette thèse est l'étude du transport électronique à l'échelle mésoscopique. C'est-à-dire que les échantillons sont de taille L < Lphi où la longueur de cohérence de phase Lphi caractérise la longueur sur laquelle les électrons gardent une mémoire de phase et peuvent donc interférer. Lphi augmente quand la température diminue (typiquement, Lphi > 1micron pour T < 100mK). Cette cohérence de phase engendre des corrections quantiques à la conductance linéaire G1 (définie par I=G1V+G2V²) qui ont été étudiées depuis le début des années 80. Pour notre part, nous avons montré l'existence d'un terme impair en champ magnétique dans la conductance non linéaire d'ordre 2 qui n'existe pas dans la conductance linéaire G1 pour des raisons de symétrie (règles d'Onsager). Ce terme donne des informations sur les interactions électron-électron. Les systèmes que l'on a étudiés sont des anneaux réalisés dans un gaz bidimensionnel d'électrons (2DEG). Dans la seconde partie de ma thèse, on a placé un conducteur normal (i.e. non supraconducteur) entièrement cohérent de phase entre 2 supraconducteurs. Dans ces conditions, il peut être parcouru par un supercourant. Nous nous sommes particulièrement intéressés à la relation supercourant-phase Isu(F) dans des anneaux supraconducteurs connectés qui sont interrompus en 2 endroits par un métal diffusif. Nous avons observé des oscillations du courant de transition (Supraconducteur/Normal) de période correspondant à h/(2e) dans la surface de l'anneau. L'enveloppe de ces oscillations diminue de façon gaussienne à fort champ et dans certains cas de façon surprenante, elle augmente à bas champ.

Nous utilisons un microscope combinant microscopie à force atomique (AFM) et microscopie à effet tunnel (STM) à très basse température (~100 mK) afin d'étudier des nanocircuits mésoscopiques. Pour effectuer l'AFM dans ces conditions, nous utilisons un diapason en quartz recouvert de deux électrodes sur l'une desquelles est collée la pointe. Lorsque le diapason vibre on peut alors localiser en AFM un échantillon conducteur sur un substrat isolant, puis stopper les vibration pour réaliser des spectroscopies tunnel le long de la partie conductrice. Nous utilisons des pointes de platine-iridium ce qui nous permet de mesurer la densité d'états électronique locale. Nous nous sommes intéressés aux jonctions Josephson hybrides composées d'un îlot d'environ 1 µm de métal normal (cuivre) séparant deux supraconducteurs (aluminium). Ces échantillons sont réalisées par lithographie électronique et évaporation sous angle.Les courbes courant-tension de ces jonctions deviennent hystérétiques à très basse température ce qui est vraisemblablement dû à la dissipation thermique dans la partie normale. Nous avons pu localiser de manière fiable des échantillons uniques et effectuer simultanément des mesures en transport et des spectroscopies locales. Nous avons vu que la densité d'états du supraconducteur varie continuement à proximité du métal normal. Nous avons également observé un chauffage du supraconducteur avec le courant traversant la jonction. La mesure de la densité d'états du supraconducteur permet alors d'estimer la température électronique dans l'échantillon. La comparaison avec notre modèle thermique montre que l'énergie thermique produite dans le métal normal semble être évacuée mieux que prévu. / We use a microscope combining atomic force microscopy (AFM) and scanning tunneling microscopy (STM) at very low temperature (~100 mK) to study mesoscopic nanocircuits. To perform AFM measurements, we use quartz tuning forks covered with metallic electrodes on which we glue the tip. By using the tuning fork as a dynamic force sensor, we can localize the sample. Then, switching off the oscillation, we can perform local spectroscopies along the conductive part. We use platinum-iridium coated tips to measure the local density of states. This work is focused on hybrid Josephson junctions composed of a normal metal (copper) island of approximately 1 µm separating two superconductors (aluminium). These samples are made by electronic lithography and shadow evaporation.The current-voltage characteristics of these junctions become hysteretic at very low temperature because of thermal dissipation in the normal part. We achieved the localization of a unique sample and performed simultaneously transport measurements and local spectroscopies. We observed that the density of states of the superconductor varies continuously close to the normal metal. We also observed heating in the superconductor when the junction is current biased. The measure of the density of states of the superconductors gives an estimation of the electronic temperature in the sample. The comparison with our thermal model shows that the energy produced in the normal metal seems to be evacuated better than expected.

Dans les supraconducteurs de type II, le champ magnétique pénètre le matériau sous forme de vortex, tourbillon de courants supraconducteurs circulant autour d'un c¿ur normal. Dans les travaux de cette thèse, nous montrons comment le confinement d'un système à une échelle comparable à la longueur de cohérence ? nanométrique modifie sensiblement ses propriétés supraconductrices.Cette étude est menée dans des nanostructures de plomb déposé in-situ sur un substrat de silicium (111), puis mesurées par spectroscopie à effet tunnel, sous UHV, à 300 mK et sous champ magnétique.En confinement extrême (taille latérale D<<10 ?), le système créé des vortex Géants, objets quantiques prédits théoriquement depuis 45 ans. En confinement plus faible (D~10 ?), les vortex peuvent être piégés, s'organisent ensuite en réseau triangulaire d'Abrikosov, puis s'interpénètrent avec le champ magnétique croissant.Les îlots de Pb cristallins supraconducteurs sont reliés entre eux par une monocouche de mouillage de Pb, ici désordonnée et non supraconductrice. Au voisinage des îlots, cette couche acquiert des caractéristiques spectroscopiques spécifiques qui reflètent la supraconductivité induite par proximité et les interactions entre électrons de type Altshuler-Aronov. L'évolution spatiale des spectres tunnel sont simulés en combinant les équations d'Usadel et la théorie du blocage de Coulomb dynamique.En réduisant la distance entre les îlots, l'effet de proximité autour de chacun se recouvre, ce qui forme une jonction Josephson. Sont étudiés finement le nombre, la position, le spectre et la forme des c¿urs de vortex Josephson sous champ magnétique, à travers une grande panoplie de jonctions. / In type II superconductors, the applied magnetic field penetrates the material in quanta of flux called vortices, vortices of superconducting currents circulating around a normal core. In the work of this thesis, we show how the confinement of a system to a scale comparable to the nanometric coherent length ? substantially modifies its superconducting properties.This study is carried out in nanostructures of lead deposited in-situ on a silicon (111) substrate, then studied by scanning tunneling spectroscopy, under UHV, at 300 mK, and under magnetic field. In extremely confinement (lateral size D<<10 ?), systems create Giant vortices, quantum objects predicted 45 years ago. In the weakly confinement (D~10 ?), vortices may be pinned, then are organized in the triangular Abrikosov lattice, finally interpenetrate in surface superconductivity with the increasing magnetic field. Crystalline superconducting Pb islands are here connected by a disordered non-superconducting wetting layer of Pb. In the vicinity of each superconducting island, the wetting layer acquires specific tunnelling characteristics which reflect the interplay between the proximity induced superconductivity and the inherent electron correlations of this ultimate diffusive two-dimensional metal. Spatial evolution of the tunnel spectra are simulated by combining the Usadel equations and the theory of dynamic Coulomb blockade. With reducing the distance between the islands, the proximity effect around each overlaps and forms a Josephson junction. Thanks to the tunneling spectroscopy, number, position, the spectrum and the form of Josephson vortex cores are studied in detail for a large variety of junctions.

Cette thèse concerne la détermination des paramètres R et L de matériels bobinés à hautes fréquences par la méthode des éléments finis 3D. Les travaux se sont axés sur les transformateurs de puissance.<br />Le travail réalisé a consisté à développer une méthode permettant de s'affranchir du calcul des courants de Foucault par éléments finis. Cela a abouti au concept de perméabilité magnétique complexe. Par l'utilisation d'une formulation en potentiel scalaire magnétique et de la perméabilité complexe il a été possible de mettre en place une méthode de détermination des parmètres caractéristiques d'un transformateur de puissance. Paramètres sous forme matricielle qui seront utilisés pour des simulations de réseaux électriques.

Nous décrivons des jonctions hybrides constituées d'un métal supraconducteur et d'un métal normal (jonction N-S) ou d'un métal ferromagnétique (jonction F-S). Nous mesurons des densités locales d'états avec un microscope à effet tunnel à très basse température. La résolution de cet instrument est meilleure que 18 µeV (température électronique effective de 106 mK). Cette résolution est l'une des meilleures obtenues par cette technique. Les mesures sont réalisées avec des pointes normales ou supraconductrices dont la réalisation est décrite. Concernant les jonctions N-S, nous avons étudié les effets de proximité dans une couche d'or au contact d'une couche de niobium lorsque l'épaisseur de cette première varie. Les résultats sont comparés à ceux prédits par l'équation d'Usadel. Nous avons étudié aussi différents types de jonctions F-S : l'une d'elles consiste en des agrégats de cobalt noyés dans une matrice de niobium. Les densités d'états mesurées sur le niobium montrent des structures encore non expliquées. Nous présentons également des expériences montrant l'influence du retournement des spins sur les effets de proximité inverses dans des couches de cuivre-nickel au contact d'une couche de niobium. Celui-ci peut être décrit par l'introduction d'un temps caractéristique tau_sf dans les équations d'Usadel. Enfin, nous présentons les premiers résultats sur un nouveau type de microscope combinant force atomique et effet tunnel.

L'état supraconducteur étant un condensat de paires de Cooper constitué d'électrons de moments et de spins opposés, il peut être fortement influencé par des effets de spin. Au cours de cette thèse, nous étudions l'effet d'un fort champ d'échange et d'un effet spin-orbite de type Rashba sur les propriétés supraconductrices. Dans une première partie, on étudie les effets associés à l'interaction entre supraconductivité et fort champ d'échange, se caractérisant par une transition de phase vers un état supraconducteur inhomogène découvert par Fulde, Ferrell, Larkin et Ovchinnikov (FFLO). On étudie tout particulièrement les fluctuations supraconductrices à l'approche de la transition de phase. On montre que ces fluctuations peuvent servir de révélateur à cette phase. Notamment, la capacité calorifique et la paraconductivité divergent de façon caractéristique à la transition vers un état modulé. On décrit également comment les effets paramagnétiques modifient les fluctuations de l'aimantation, annulant la réponse diamagnétique ou produisant des oscillations entre réponse para- et dia-magnétique. La seconde partie est dévolue aux jonctions supraconducteur-ferromagnétique (S/F). Dans les jonctions Josephson S/F/S, le champ d'échange donne lieu à des oscillations du courant critique en fonction de la longueur de la jonction, charactérisées par une alternance des états 0 et π. On prédit une transition entre les états 0 et π induite par la température, même dans la limite ballistique. Dans cette limite ballistique, on montre également que le courant de Josephson s'atténu sous la forme de lois de puissance en fonction de la longueur de la jonction, alors que le cas diffusif présente une atténuation exponentielle. On étudie ensuite la seconde harmonique de la relation courant-phase en présence d'une faible quantité d'impuretés. La dernière partie traite des effets de proximité lorsque les deux effets paramagnétique et spin-orbite sont présents dans une jonction Josephson. On montre que l'association d'une interaction Rashba et d'un champ d'échange induit un couplage direct entre les ordres magnétique et supraconducteur. En particulier, ce couplage permet de générer toute la dynamique magnétique par l'application d'une simple tension électrique.

La supraconductivité est un ordre électronique fascinant dans lequel les électrons s'apparient par le biais d'une interaction attractive et condensent dans un état quantique macroscopique pouvant porter un courant non dissipatif, i. E. Un supercourant. Dans les structures hybrides où des supraconducteurs (S) sont mis en contact avec des matériaux non supraconducteurs (X), les paires se propageant de S " contaminent " X lui conférant des propriétés supraconductrices à proximité de l'interface, parmi lesquels la possibilité de porter un supercourant. La transmission d'un supercourant à travers n'importe quelle structure S-X-S s'explique par l'interférence constructive de paires d'électrons traversant X. En effet, à la manière d'un résonateur Fabry-Perot, une telle interférence a seulement lieu pour certains états électroniques résonants appelés Etats Liés d'Andreev (ELA). Récemment, il est devenu possible de fabriquer une variété de nanostructures dans lesquelles X peut être par exemple un nanofil, un nanotube de carbone ou même une molécule. Ces dispositifs ont en commun que leur X contient seulement quelques électrons de conduction ce qui implique que les ELA sont aussi en petit nombre. Dans ce cas, pour comprendre quantitativement l'effet de proximité dans ces systèmes, il est nécessaire de comprendre en détail la formation des ELA individuellement. Ceci peut être vu comme la question centrale du développement d'électronique supraconductrice à l'échelle nanométrique. Dans cette thèse, nous avons observé des ELA résolus individuellement par spectroscopie tunnel dans un nanotube de carbone.

Nous utilisons un microscope combinant microscopie à force atomique (AFM) et microscopie à effet tunnel (STM) à très basse température (~100 mK) afin d'étudier des nanocircuits mésoscopiques. Pour effectuer l'AFM dans ces conditions, nous utilisons un diapason en quartz recouvert de deux électrodes sur l'une desquelles est collée la pointe. Lorsque le diapason vibre on peut alors localiser en AFM un échantillon conducteur sur un substrat isolant, puis stopper les vibration pour réaliser des spectroscopies tunnel le long de la partie conductrice. Nous utilisons des pointes de platine-iridium ce qui nous permet de mesurer la densité d'états électronique locale. Nous nous sommes intéressés aux jonctions Josephson hybrides composées d'un îlot d'environ 1 µm de métal normal (cuivre) séparant deux supraconducteurs (aluminium). Ces échantillons sont réalisées par lithographie électronique et évaporation sous angle.Les courbes courant-tension de ces jonctions deviennent hystérétiques à très basse température ce qui est vraisemblablement dû à la dissipation thermique dans la partie normale. Nous avons pu localiser de manière fiable des échantillons uniques et effectuer simultanément des mesures en transport et des spectroscopies locales. Nous avons vu que la densité d'états du supraconducteur varie continuement à proximité du métal normal. Nous avons également observé un chauffage du supraconducteur avec le courant traversant la jonction. La mesure de la densité d'états du supraconducteur permet alors d'estimer la température électronique dans l'échantillon. La comparaison avec notre modèle thermique montre que l'énergie thermique produite dans le métal normal semble être évacuée mieux que prévu.