Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met samenvatting in het Nederlands.

La création d'un gaz de trous bidimensionnel dans un puits quantique (Cd,Mn)Te permet d'induire une interaction ferromagnétique entre les spins localisés du semiconducteur magnétique dilué. Une nouvelle méthode de dopage utilisant les pièges à la surface de l'échantillon a été mise au point ; elle a permis d'étendre la gamme des valeurs expérimentalement accessibles pour les densités de spins et de porteurs. Les propriétés magnétiques sont mesurées par spectroscopie magnéto-optique (photoluminescence). Nous mesurons une température critique plus élevée que la température de Curie-Weiss, ce qui suggère un effet du désordre. Des mesures locales de la photoluminescence permettent de tracer des cartes de l'aimantation spontanée, de la densité de porteurs et de la densité de spins localisés : les échantillons dopés par la surface présentent des fluctuations de densité de porteurs plus grandes que les échantillons dopés par impuretés azote, et ces fluctuations induisent directement des fluctuations de l'aimantation spontanée.

La synthèse de semiconducteurs ferromagnétiques à température ambiante est désormais un enjeu majeur pour le développement de l'électronique de spin. Dans ce manuscrit sont présentés les résultats de nos travaux sur le système Germanium dopé Manganèse. Nous y discutons tout d'abord les propriétés structurales de couches minces de GeMn élaborées par épitaxie par jets moléculaires, grâce aux techniques de microscopie électronique en transmission, diffraction d'électrons et de rayons X, et spectroscopie EXAFS. Nous nous sommes particulièrement intéressés à la ségrégation du Mn qui conduit à la formation de phases riches en manganèse. Dans les couches élaborées à basse température (~100°C), cette ségrégation se traduit par une décomposition spinodale 2D qui a pour conséquence la formation de nanocolonnes riches en Mn entourées par une matrice de Ge. La croissance à des températures supérieures à 200 °C conduit en revanche à la formation de précipités métalliques de Ge3Mn5. Dans un second temps, nous avons étudié les propriétés magnétiques de ces différentes phases. Nous avons mis en évidence un comportement superparamagnétique des nanocolonnes et pour certaines conditions de croissance, un comportement ferromagnétique à des températures supérieures à 400K. Nous nous sommes finalement penchés sur des systèmes plus complexes alliant les nanocolonnes de GeMn à d'autres matériaux (GaAs, MnO, Ge), pour démontrer certaines fonctionnalités (exchange bias, auto-organisation des colonnes ...) indispensables à la réalisation de dispositifs spintroniques. L'ensemble de ces résultats ouvre la voie vers l'injection de spin dans les semiconducteurs tels que le Si, Ge et GaAs.

Les systèmes hybrides supraconducteur-ferromagnétique présentent souvent de nouveaux phénomènes physiques, et pourraient également être utiles pour concevoir de nouvelles mémoires non-volatiles et haute densité pour les circuits supraconducteurs. Cette thèse étudie deux types différents d'hybrides SF, chacun suivant une approche possible de dispositif mémoire, en se focalisant sur les aspects fondamentaux. L'un porte sur l'effet de proximité dans des hétérostructures d'oxydes. Dans celles-ci, des corrélations triplet apparaissent, qui sont à la fois supraconductrices et polarisées en spin. Elles permettraient d'utiliser des effets de la spintronique comme la GMR, mais sont également très sensibles aux propriétés d'interface. Nous les avons étudiées dans des tricouches SFS d'oxydes, par des mesures de conductance. Celles-ci montrent des oscillations, en partie liées à ces états triplets. Nous observons également que les effets d'interface affectent les propriétés électroniques du ferromagnetique, en particulier lorsque cette couche est mince. Un autre genre d'interaction se produit par les champs de fuite provenant des structures de domaines. Des propositions théoriques récentes ont suggéré que de petites structures en tourbillon appelées skyrmion peuvent interagir avec la supraconductivité par ce mécanisme. Nous avons étudié ce couplage dans des bicouches, dans lesquelles les propriétés de transport sont dominées par la dynamique des vortex supraconducteurs. Nous avons vu une augmentation du courant critique en présence de skyrmions comme de domaines. Celles-ci créent également un effet Hall inhabituel dans l'état supraconducteur. La plupart de ces propriétés peuvent être expliquées qualitativement par la dynamique et le mouvement guidé des vortex. / Superconductor-ferromagnet hybrid systems often bring about new physics and may as well be useful to design new non-volatile, high-density memory devices for superconducting electronics.In this thesis, we study two different types of SF hybrids, each following a possible approach to memory devices, but focusing on fundamental aspects. One is about the proximity effect in oxide heterostructures. In these, triplet correlations appear, that are both superconducting and spin-polarized. These enable using effects from spintronics like GMR, but are also very dependent on interface properties. We investigated these in SFS oxide trilayers by conductance measurements. These showed oscillations which may, in part, be related to these triplet states. We also observed that interface effects affect the electronic properties of the ferromagnet, especially when that layer is thin. Another type of interaction occurs through stray magnetic fields from the domain structures. Recent theoretical proposals suggested that small swirling spin textures called skyrmions could similarly interact with superconductivity through this mechanism. We investigated such coupling in bilayers, in which the superconducting vortex dynamics dominate the transport properties. We found that the presence of skyrmions and domains alike enhances the critical current. It also leads to an unusual Hall effect in the superconducting state. Most of these properties can be explained qualitatively in terms of vortex pinning and guided motion.