Ce travail porte sur la fabrication et la mesure de détecteurs quantiques supraconducteurs. Pour nano-structurer ces dispositifs, nous utilisons une technique de lithographie en champ proche : l'anodisation locale sous la pointe d'un microscope à force atomique (AFM). Nous appliquons cette technique à des films ultra-minces (2-10 nm) à base de niobium (Nb, NbN) épitaxiés sur des substrats de saphir. La résolution ultime que nous obtenons est de 10nm. Elle nous permet de réaliser des nanofils cristallins dont la section est nanométrique (100nm2) et homogène sur de grandes distances ( 40µm). Nous caractérisons en amont la qualité cristalline des films et mesurons leurs propriétés électriques jusqu'aux plus basses températures. Ces expertises sont menées en parallèle, sur des films d'épaisseur variable et nous permettent l'analyse de la transition supraconducteur-isolant dans les films ultra-minces en fonction du désordre mesuré dans les couches. Nous déterminons les régimes dissipatifs des nanofils supraconducteurs à très basses températures. Dans le régime de point chaud, nous montrons que les nanofils permettent la détection rapide d'un photon unique. Les détecteurs sont sensibles au photon unique dans le visible et à deux photons dans l'infrarouge. Ces détecteurs supraconducteurs ont une résolution temporelle inégalée par les détecteurs semiconducteurs. Ils peuvent être utilisés comme des compteurs de photons et être utiles à l'implémentation d'une cryptographie classique et quantique pour la transmission d'information sécurisée.

La réaction de films minces métalliques avec un substrat de silicium reste encore peu étudiée dans le domaine des très faibles épaisseurs. Afin de suivre les cinétiques de réaction et l'évolution des contraintes lors de la formation d'une phase, des mesures de diffraction du rayonnement X synchrotron, et de courbure de substrat ont été couplées. Le système Pd/Si constitue un système modèle ; un siliciure unique se forme : Pd2Si. Les résultats obtenus prouvent que le modèle de Zhang et d'Heurle permet d'expliquer l'évolution des contraintes résultant de la compétition de deux mécanismes : le développement de contraintes en compression dû à la formation d'une nouvelle phase et la relaxation des contraintes du siliciure déjà formé. Néanmoins, la microscopie électronique en transmission et les figures de pôle révèlent que la texture de cette phase change selon l'orientation du substrat. Sur Si(111), Pd2Si est en épitaxie alors que sur Si(001), la phase présente une texture qui évolue au cours du traitement thermique. Cette évolution serait activée par un mécanisme de fluage diffusionnel puis par de la déformation plastique. L'étude de films ultra-minces de Ni montre qu'il existe une épaisseur critique (<6 nm) en dessous de laquelle la séquence de phases et la texture des siliciures formés sont modifiées. Différentes techniques révèlent qu'à partir de 200 °C, la phase NiSi croît sous la forme d'une couche homogène et continue. En augmentant la température, les phases NiSi et NiSi2 coexistent avec différentes morphologies : îlots pénétrant dans le substrat ou bâtonnets.

Cette thèse présente des résultats théoriques et expérimentaux portant sur des écoulements à l'échelle nanoscopique de polymères fondus. L'étude analytique et numérique de l'écoulement d'un film de polymère, préalablement nanostructuré par nanoimpression puis recuit au dessus de sa température de transition vitreuse, a permis de dégager différentes dynamiques de nivellement selon la topographie initiale du film. Certaines ont été appliquées à l'élaboration d'éléments optiques par recuit de nanostructures complexes. Une méthode de mesure de la viscosité Newtonienne et du temps terminal de relaxation d'un polymère déposé en film mince a également pu être développée. Enfin, un travail exploratoire portant sur un procédé de nanoimpression sans épaisseur résiduelle par démouillage est présenté. L'accent a porté sur le calcul précis de la pression de disjonction dans un milieu stratifié en utilisant la théorie moderne de Lifshitz basée sur les propriétés optiques des matériaux en interaction. / This thesis presents a theoretical and experimental work on nanoscale flows of polymer melts. Different leveling dynamics emerge from the analytical and numerical study of the reflow of a polymer film that is first nanoimprinted and then annealed above its glass transition temperature, depending on the initial topography of the film. These concepts were applied to the manufacturing of optical devices from the reflow of complex nanostructures. A method to measure the Newtonian viscosity and the terminal relaxation time of a thin polymer film was also developed. Finally, an exploratory work on a residual-layer-free nanoimprint process based on dewetting is presented. Emphasis was put on the accurate computation of the disjoining pressure in stratified media with the modern Lifshitz theory based on the optical properties of the interacting materials.

Afin de mieux comprendre les différents processus qui apparaissent à la transition supraconducteur-isolant (SIT), nous avons sondé simultanément les propriétés électroniques globales et locales de films minces de NbN, élaborés ex-situ sur un substrat de saphir. La transition a été approchée en réduisant l'épaisseur des échantillons, augmentant la résistance par carré de l'état normal à plusieurs kiloOhms. Les Tc correspondant aux films étudiés varient de Tc≈15K qui est proche de TC-bulk à Tc≈3.8K (Tc/TC-bulk≈0.23). Dans la gamme 0.4TC-bulk<Tc<TC-bulk, les mesures de résistances sont en accord avec la loi de Finkelstein pour la réduction de Tc induite par le désordre et les interactions électron-électron. Les mesures de spectroscopie tunnel locale (STS) montrent l'émergence d'une granularité dans les propriétés supraconductrices en réduisant la Tc, ainsi que le développement d'un fort fond Altshuler-Aronov dans les spectres tunnel dI/dV(V), ce qui est en accord avec le scenario de Finkelstein. Pour l'échantillon le plus désordonné (Tc≈3.8K), des mesures de résistance in-situ et de STS en simultané nous ont permis de suivre sur la même zone de l'échantillon, l'évolution des propriétés supraconductrices en fonction de la température et du champ magnétique, qui ont démontré un comportement percolatif de la transition dans l'état normal de mauvais métal. Cette étude locale a été confirmée par le changement de dimensionnalité des fluctuations Aslamasov-Larkin au-dessus de Tc de 2D à 0D. En outre, une telle étude est particulièrement intéressante pour comprendre les différents phénomènes qui limitent le fonctionnement des détecteurs de photon unique basé sur les films de NbN. / In order to better understand the various processes taking place at the superconductor-insulator transition (SIT), we have probed simultaneously the global and local electronic properties of NbN ultrathin films, elaborated ex-situ on sapphire substrate. The transition was approached by reducing the films thickness, increasing the normal state square resistance to several kiloOhms. The corresponding Tc's of the studied films ranged from about Tc≈15K, which is close to TC-bulk, to Tc≈3.8K (Tc/TC-bulk≈0.23). In the range 0.4TC-bulk<Tc<TC-bulk resistivity measurements are consistent with Finkelstein's reduction of Tc induced by disorder and electron-electron repulsion. Local scanning tunneling spectroscopy (STS) measurements show the emergence of granularity in the superconducting properties upon Tc reduction, as well as the progressive development of a strong Altshuler-Aronov background in the dI/dV(V) tunneling spectra, in agreement with Finkelstein scenario. For the most disordered film (Tc≈3.8K), simultaneous in-situ resistivity and STS measurements allowed us to follow at the same sample area the evolution of these emergent granular superconducting properties as a function of temperature and magnetic field, which demonstrate a percolative behavior of the transition to the bad-metal normal state. This local picture finds an interesting signature in the change of the dimensionality of the Aslamasov-Larkin fluctuations above Tc from 2D to 0D. Besides, such a study is particularly interesting to better understand the various phenomena occurring in and limiting the behavior of single-photon detectors patterned out of NbN films.

Ce travail de thèse a pour objectif l'étude de la dynamique de l'aimantation dans des nano-objets à anisotropie magnétique perpendiculaire, soit métalliques Pt/Co(5 Å)/Pt soit semiconducteurs ferromagnétiques dilués GaMnAs. Le renversement de l'aimantation, sous l'action d'un champ magnétique dans des nano-plots ou sous l'action d'un courant polarisé en spin sur une paroi de domaines dans une piste, a été étudié par magnéto-optique Kerr polaire. La nano-structuration a été réalisée par un procédé classique dans le cas du GaMnAs et par un procédé élégant dans le cas de la couche ultramince de cobalt : l'irradiation aux ions hélium qui permet d'obtenir des nano-plots dans un environnement planaire paramagnétique. Dans ces deux systèmes, différents de par l'origine du ferromagnétisme et de l'anisotropie, la réduction des dimensions latérales joue un rôle important en impliquant une transition d'un renversement à plusieurs mécanismes à un renversement à un seul mécanisme. Si le mode de renversement de Néel-Brown permet d'expliquer les résultats obtenus pour les nano-plots de GaMnAs de diamètre 33 nm, il ne peut pas rendre compte des résultats expérimentaux obtenus sur les nano-disques de Pt/Co/Pt de diamètre 130 nm. L'étude du comportement magnétique individuel de ces nano-disques conduit à la mise en évidence d'une nucléation d'une gouttelette en périphérie, confortée par un modèle micromagnétique. Contrairement au cas des métaux, le déplacement de paroi induit par un courant polarisé en spin se révèle aisé dans une piste de GaMnAs. Les mesures réalisées à température effective constante ont montré la nécessité de considérer un mécanisme non-adiabatique de transfert de spin.