Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse concerne l'étude et la visualisation par imagerie magnéto-optique Kerr à la température ambiante du mode de retournement de l'aimantation au sein de couches minces ferromagnétiques de manganites de composition La0,7Sr0,3MnO3 (LSMO). Au cours du travail de thèse, un banc d'imagerie a été réalisé et une méthode d'imagerie vectorielle de l'aimantation a été proposée. Ce système d'imagerie a été utilisé pour étudier d'une part l'influence du substrat et des contraintes qu'il induit dans la couche mince et d'autre part l'influence de la forme des échantillons, sur le piégeage et le mode de retournement des domaines magnétiques présents dans la couche mince. Dans le cas du substrat LSAT ((LaAlO3)0.3(Sr2AlTaO6)0.7), la compression induite dans la couche mince fait apparaître une composante d'aimantation hors du plan et un plan de facile aimantation sans direction privilégiée dans ce plan. Le retournement des domaines planaires est alors de type cohérent. Dans le cas du substrat STO (SrTiO3), d'orientation (001), l'anisotropie magnétique est biaxiale et le retournement d'aimantation s'opère par nucléation puis propagation de domaines. Dans le cas de substrats vicinaux de STO, l'anisotropie magnétique devient uniaxiale et l'axe de facile aimantation est parallèle aux marches en surface de la couche. Le retournement de domaines se produit par nucléation et propagation dans le cas où le champ magnétique est appliqué parallèlement aux marches du substrat vicinal. Quand le champ magnétique est appliqué perpendiculairement aux marches du substrat vicinal, on assiste à un retournement cohérent des domaines magnétiques. Ces travaux constituent une première étape dans la compréhension et la maîtrise du comportement magnétique de dispositifs spintroniques.

La fécondation avec micro-injection du spermatozoïde est une technique d'aide médicale à la procréation. Afin de faciliter la tâche des médecins et d'augmenter le taux de réussite de cette technique (30 %), il est nécessaire d'automatiser certaines étapes du processus. Nous proposons de réaliser le transfert automatique de cellule. Les cellules se déplacent en milieu biologique dans un microcanal qui alimente les zones de travail. Elles sont poussées par une particule ferromagnétique, appelée pousseur, de taille des cellules et qui suit les mouvements d'un aimant disposé à l'extérieur du canal. Les travaux présentés dans cette thèse exposent la modélisation complète du comportement dynamique du pousseur. Cette modélisation est décomposée en trois blocs fonction qui déterminent successivement la valeur de l'aimantation interne, les efforts subis et la trajectoire du pousseur. L'intérêt de cette modélisation est que nous pouvons reproduire la trajectoire d'un objet ferromagnétique plan en fonction des variations du champ magnétique environnant. Le fait de réduire le champ d'application de la modélisation à des objets plan nous permet d'obtenir un résultat répondant à nos critères d'utilisation dans un temps de calcul nettement inférieur à celui d'une application telle que Flux3DR. L'utilisation du modèle a mis en évidence l'influence des caractéristiques géométrique et magnétique des éléments actifs sur le comportement général du pousseur. Le dispositif expériemental développé a permis de déplacer des billes en verre de 200 micromètres de diamètre en mode télé opéré et en boucle ouverte ainsi que des ovocytes humains de 150 micromètres de diamètre en mode télé opéré.

L'étude de la dynamique des parois de domaines dans les nano-systèmes ferromagnétiques est cruciale pour le développement des dispositifs de stockage de l'information basés sur le déplacement et le contrôle des parois. Ces dispositifs ont plusieurs avantages : non-volatilité, rapidité d'exécution, haute densité de stockage, et faible consommation de l'énergie. En utilisant des méthodes micro-magnétiques et analytiques, nous avons constaté que l'interaction entre deux parois affectait les processus de dépiégeage sous champ magnétique, dans des nanofils en nickel à géométrie cylindrique et planaire. Nous avons mis en évidence des comportements non linéaires de la dynamique d'une paroi piégée, qui varient selon le matériau et le type de piège utilisé. Les diagrammes de phases représentant l'exposant de Lyapunov ont permis la distinction entre des zones chaotiques et périodiques, en fonction de la fréquence et de l'amplitude d'une excitation harmonique. Nous avons présenté des résultats sur la manipulation précise d'une paroi transverse sous impulsions de courant dans un nanofil planaire en nickel, structuré par une multitude de défauts artificiels. Nous avons montré que le positionnement exact de la paroi à température ambiante est possible uniquement pour des impulsions symétriques de très courte durée. Des effets inertiels pouvant s'opposer au couple de transfert de spin, ou au contraire l'amplifier ont été observés. Ces derniers résultats ouvrent une route vers le déplacement des parois dans les deux directions par des impulsions unipolaires de courant. / The study of the domain wall dynamics in ferromagnetic nano-systems is crucial for the developement of data-storage devices based on control and displacement of the domain walls. These devices have several advantages : non-volatility, fast execution time, high density, and low power consumption. Using micromagnetics and analytical methods, we have shown that the interaction between two domain walls influences the depinning process under magnetic field, in cylindrical and planar shaped nickel nanowires. We highlighted the nonlinear behaviour of the dynamics of a pinned domain wall, which varies with the material properties and the type of the pinning sites. The Lyapunov phase diagrams display chaotic and periodic regions function of the amplitude and frequency of a harmonic excitation. We have also presented results about the precise manipulation of transverse domain walls by current pulses in a nickel planar nanowire with artificial defects. We have shown that exact positioning of the domain walls at room temperature is possible only for very short symmetric current pulses. We observed inertial effects which can oppose or amplify the spin transfert torque effect. These results open a route to domain wall displacement in both directions with unipolar current pulses.

Ce manuscrit présente l?étude par diffusion de neutrons aux petits angles des inhomogénéités magnétiques de l?échelle nanométrique à l?échelle mésoscopique à basse température dans les composés manganites à effet CMR de la série Pr1-xCaxMnO3, x proche de 1/3, et son évolution sous champ magnétique appliqué. <br />Ces systèmes montrent une séparation de phase à grande échelle entre une phase ferromagnétique isolante (FI) et une phase antiferromagnétique isolante (AFI) correspondant à deux phases cristallines distinctes. Ils se transforment en une troisième phase cristalline, ferromagnétique métallique (FM), sous l?effet du champ magnétique. Nous avons tenté de comprendre par quel mécanisme. <br />Nous avons mis en évidence l?existence d?inhomogénéités magnétiques nanométriques dans chacune des phases FI et AFI. Notre étude sous champ révèle l?apparition d?un fort signal de diffusion dû à une nucléation de clusters de phase FM mésoscopiques (quelques centaines de nanomètres) lors de la transition I-M induite par le champ, faisant ainsi disparaître la diffusion par les objets nanométriques. L?effet CMR n?est donc pas dû à une nucléation à l?échelle nanométrique mais mésoscopique.

Il est connu que lorsque l'on met en présence un gaz de trous bidimensionnel dans un puits quantique de semi-conducteur semimagnétique, il s'établit une phase ferromagnétique. Des structures à base de semi-conducteur II-VI (tellurures) ont été réalisés par Epitaxie par Jets Moléculaires afin de démontrer la possibilité de contrôler la transition ferromagnétique. Ceci a été obtenu indépendamment sur des diodes pin par application d'une tension de polarisation, sur des structures pip par modification de la densité de trous grâce à un éclairement, et par le jeu des contraintes et du confinement imposés au puits. De plus, une méthode de dopage p par la surface a été développée : il s'agit de la création d'états accepteurs de surface par oxydation à l'air. Nous avons effectué un suivi de l'oxydation afin d'identifier les espèces formées, et montré que le dopage est très sensible à l'épaisseur de la barrière de surface.

L'objet de ce travail est d'étudier l'influence des revêtements natifs (oxydes) sur les propriétés élastiques du substrat associé. L'étude a été effectuée sur du nickel pur polycristallin, matériau modèle pour l'oxydation. Les couches d'oxyde de nickel ont été élaborées à des températures et des durées différentes. Elles sont toutes caractérisées par une microstructure duplex comprenant une couche interne à grains équiaxes et une couche externe à grains colonnaires. Les propriétés élastiques du revêtement ont été caractérisées à température ambiante par indentation instrumentée. Si un effet de microstructure locale de la couche d'oxyde est détecté sur la réponse élastique, il reste toutefois assez ténu. Les propriétés élastiques macroscopiques des systèmes Ni/NiO ont été examinées en fonction de la température à l'aide de la méthode dynamique résonante. L'évolution des modules d'élasticité en température du substrat de nickel est caractérisée par un comportement très atypique. La présence de couches d'oxyde, pourtant en très faible proportion volumique, modifie considérablement ce comportement. De plus, selon les conditions d'oxydation et la configuration des couches, l'effet est plus ou moins marqué. Le comportement élastique atypique du nickel en température est associé à un couplage de type multi-physique, lié à son caractère ferromagnétique. Dans ce cadre, nous avons suggéré que les contraintes internes, engendrées dans le substrat nickel par l'oxydation à haute température, limitent l'effet magnéto-élastique et tendent à induire un comportement classique purement élastique.

Dans ma thèse, j'ai travaillé sur les modèles de fils en ferromagnétisme. J'ai obtenu les résultats suivants :- Existence de solutions très régulières pour les équations de Landau-Lifschitz en dimension 3.- Stabilité de profils de murs avec critère optimal de stabilité pour un fil soumis à un champ magnétique.- Stabilité de profils de murs pour un fil soumis à un courant électrique, dans le cas d'un fil à section circulaire et dans le cas d'un fil à section ellipsoïdale. - Justification des modèles monodimensionnels de fils.

Suite aux travaux ayant mis en évidence une forme de ferromagnétisme inhabituelle à température ambiante dans des couches minces d'oxyde de titane dopées au cobalt, la recherche de comportement analogue dans des matériaux massifs à base de pérovskite SrTiO3 a été entreprise. En substituant le titane par le cobalt ou le fer, des solutions solides SrTi(1-x)M(x)O(3-d) (M = Co, Fe ; 0.01 plus petit ou égal à x plus petit ou égal à 0.50) ont été préparées ; de plus, la stœchiométrie en oxygène de certaines compositions a été modifiée par traitement sous faible pression partielle d'oxygène. Les propriétés magnétiques de ces deux systèmes sont très ressemblantes. Un comportement paramagnétique est mis en évidence dans toutes les compositions, seuls les échantillons fortement dopés (x plus grand ou égal à 0.35) présentent une transition vers un état verre de spin. Une composante ferromagnétique a été mise en évidence à basse température dans ces échantillons à forte concentration en dopant et associée aux échanges ferromagnétiques qui peuvent exister dans ces systèmes. Dans les échantillons faiblement dopés (x=0.01 et 0.02) une composante ferromagnétique très faible a été observée à la température ambiante ; son évolution avec la concentration en dopant ainsi qu'avec la stœchiométrie en oxygène des composés a été étudiée. Les résultats obtenus suggèrent que le dopant pourrait ne pas être à l'origine de ce ferromagnétisme. Les compositions les plus riches en fer ou en cobalt ont un comportement semi-conducteur présentant une dépendance en température inattendue.

Du fait de leur ferromagnétisme, les nanoparticules de Cobalt se prêtent à la réalisation d’expérience de Résonance Nucléaire Magnétique en Champ Interne du 59Co (RMN-CI). Dans ce manuscrit, nous présentons tout d’abord une description générale de la RMN-CI dans le cadre du modèle de Bloch. Concernant plus précisément le Co(0), passant en revue la littérature, nous insistons sur les aspects controversés et les progrès récents en la matière. Une attention particulière est portée à la caractérisation du Co dans les catalyseurs Fischer-Tropsch (FT) qui représente aujourd’hui un champ majeur d’application de la technique ; l’histoire de la catalyse FT et une brève revue de la synthèse et de la structure de ces catalyseurs sont donc présentées. Concernant le travail expérimental, celui-ci est structuré de la façon suivante. Tout d’abord, des échantillons modèles sont étudiés afin de mettre en place un modèle interprétatif basé sur les contributions structurales (fcc, hcp, sfs) et magnétiques (domaines, parois de domaines, mono-domaines) à la résonance. Nous passons ensuite à l’étude in situ par RMN-CI de la stabilité thermique de nanoparticules supportées sur du β-SiC. La transition hcp/fcc est observée dans la gamme de température 600-650 K. Ceci étant posé, des structures plus complexes ont été étudiées. Nous avons révélé la structure de la partie métallique de céramiques modifiées Co-Al-O. Finalement, la structure et la stabilité de particules de Cobalt métallique déposées sur et dans des nanotubes de carbone ont été étudiées. Ces structures hybrides originales ont été examinées par RMN-CI, microscopie électronique en transmission et DRX synchrotron in situ. / This manuscript is devoted to the study of different catalysis-related materials by Internal Field 59Co Nuclear Magnetic Resonance (IF-NMR). The principles of IF-NMR are stated, based on the Bloch model, which gives a good insight into the internal field NMR mechanism. Further, a short description of the possible range of materials than can be studied by IF-NMR is provided with a particular emphasis on Co Fischer-Tropsch synthesis catalysts. The study of a model sample used to assess our understanding of IF-NMR spectra is included. This model is based on separating the structural (fcc, hcp, and sfs) and magnetic (domains, domain walls, and single-domain particles) contributions. Our experimental work uncovers the thermal stability of small Co nanoparticles probed in situ by IF-NMR. Co(0) supported on β-SiC is studied within the 300-850 K temperature range. The line position and width are mainly determined by magnetic properties, whereas the absolute and relative NMR intensities give crucial information regarding the Co particle stability. A study of Fischer-Tropsch catalysts synthesized by non-conventional co-precipitation routes on different modified aluminum oxides is presented. The IF-NMR application to Co-Al-O ceramic materials provided unique information on the metallic cermet part of the sample. The structure and stabilization of different size Co(0) nanoparticles on multi-walled carbon nanotubes have been studied. These hybrid structures were examined by IF-NMR, HRTEM, and in situ synchrotron XRD, which provide crucial information on Co particles reduction, stability and structures.