Les nitrures d'éléments III et les alliages à base de ZnO, semi-conducteurs à large bande interdite étudiés au CRHEA, cristallisent dans la structure hexagonale wurtzite. Cette structure a la particularité d'être une structure polaire et les polarisations internes ont donc une forte influence sur les propriétés des hétérostructures à base de ces matériaux. Pour minimiser les effets de ces polarisations internes, un intense effort de recherche est mené sur l'étude d'hétérostructures fabriquées selon des orientations non- et semi-polaires. Cette étude est dédiée aux propriétés structurales de telles hétérostructures avec comme outil principal d'investigation la microscopie électronique en transmission. Les relations épitaxiales entre les films wurtzites et les substrats de saphir orientés R et M ont été déterminées. L'influence de ces relations épitaxiales sur les microstructures a été également mise ne évidence. Dans un second temps, les défauts structuraux présents ont été caractérisés en détail. Les densités de ces défauts sont très grandes et incompatibles avec l'utilisation de telles hétérostructures que ce soit pour la détermination fine des propriétés intrinsèques que pour leur utilisation dans des dispositifs optoélectroniques. Les procédés de croissance mis en place pour diminuer les densités de défauts seront présentés ainsi que les mécanismes permettant ces améliorations de la qualité cristalline.

Thèse de doctorat : Electronique : Lille 1 : 2001. / N° d'ordre (Lille) : 2953. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. en fin de chapitres.

Thèse doctorat : Physique des Solides. Matière Condensée, Surfaces et Interfaces : Villeurbanne, INSA : 2006. Thèse doctorat : Physique des Solides. Matière Condensée, Surfaces et Interfaces : Université de Monastir. Faculté des sciences de Monastir : 2006. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. à la fin de chaque chapitre.

Th.--Sci.--Grenoble--I.N.P.G., 1984. N°: DE 163.

L'électronique basée sur le graphène fait face à un verrou technologique, qui est l'absence d'une bande interdite (gap) permettant une commutation entre les états logiques allumé et éteint. Les nano-rubans de graphène rendent possible l'obtention de ce gap mais il est difficile de produire de tels rubans avec une largeur précise à l'échelle atomique et des bords bien ordonnés. Le confinement électronique est une façon élégante d'ouvrir un gap et peut en principe être réglé en ajustant la largeur des nano-rubans. Cette thèse est consacrée à la compréhension de l'ouverture du gap par nano-structuration. Nous avons suivi deux approches: l'introduction d'un potentiel super-périodique sur le graphène par des substrats vicinaux de métaux nobles et le confinement électronique dans des nano-rubans sur des facettes artificielles du SiC. Des potentiels super-périodiques ont été introduits avec deux substrats nano-structurés: l'Ir(332) et un cristal courbé de Pt(111) multi-vicinale. Le graphène modifie les marches initiales des substrats et les transforme en une succession de terrasses (111) et de régions d'accumulation de marches, observés par STM. La nano-structuration du substrat induit alors un potentiel super-périodique dans le graphène entraînant l'ouverture de gaps sur la bande π du graphène observée par ARPES, ce qui est cohérent avec la périodicité structurale observé par STM et LEED. Les gaps peuvent être convenablement expliqués par un modèle de type hamiltonien de Dirac; ce dernier nous permet de retrouver la force du potentiel à la jonction entre les terrasses (111) et la région d'accumulation des marches. La force du potentiel dépend du substrat, de la périodicité associée à la surface et du type de bord des marches (soit type A ou B). Nous avons aussi changé le potentiel de surface en intercalant du Cu sur l'Ir(332), qui reste préférentiellement au niveau de l'accumulation des marches. La surface présente des régions dopées n alors que les régions non-intercalées restent dopées p, conduisant à une succession de rubans dopés n et p pour une même couche de graphène continue. La seconde approche pour contrôler le gap est par confinement électronique dans des nanorubans de graphène synthétisés sur du SiC. Ces rubans sont obtenus sur des facettes du SiC ordonnées périodiquement. Comme l'ouverture d'un gap d'origine inconnue avait été observée par ARPES, nous avons réalisé les premières études atomiquement résolues par STM. Nous démontrons la régularité et la chiralité des bords, nous localisons précisément les nanorubans de graphène sur les facettes et nous identifions des mini-facettes sur du SiC. Afin de comprendre le couplage entre le graphène et le substrat, nous avons étudié une coupe transversale par STEM/EELS, en complément des études par ARPES et STM/STS. Nous observons que la facette (1-107) où le graphène se trouve présente un sub-facettage sur les extrémités haute et basse. Le sub-facettage comprend des mini-terrasses (0001) et des mini-facettes (1-105). Le graphène s'étend tout au long du la région sub-facettée, et est couplé au substrat dans les mini-terrasses (0001), ce qui le rend semi-conducteur. En revanche, le graphène au-dessus des mini-facettes (1-105) est découplé du substrat mais présente un gap observé par EELS, et compatible avec les observations faites par ARPES. L'origine du gap est expliquée par le confinement électronique sur des nano-rubans de graphène de 1 - 2 nm de largeur localisés sur ces mini-facettes (1-105). / The major challenge for graphene-based electronic applications is the absence of the band-gap necessary to switch between on and off logic states. Graphene nanoribbons provide a route to open a band-gap, though it is challenging to produce atomically precise nanoribbon widths and well-ordered edges. A particularly elegant method to open a band-gap is by electronic confinement, which can in principle be tuned by adjusting the nanoribbon width. This thesis is dedicated to understanding the ways of opening band-gaps by nanostructuration. We have used two approaches: the introduction of a superperiodic potential in graphene on vicinal noble metal substrates and the electronic confinement in artificially patterned nanoribbons on SiC. Superperiodic potentials on graphene have been introduced by two nanostructured substrates, Ir(332) and a multivicinal curved Pt(111) substrate. The growth of graphene modifies the original steps of the pristine substrates and transforms them into an array of (111) terraces and step bunching areas, as observed by STM. This nanostructuration of the underlying substrate induces the superperiodic potential on graphene that opens mini-gaps on the π band as observed by ARPES and consistent with the structural periodicity observed in STM and LEED. The mini-gaps are satisfactorily explained by a Dirac-hamiltonian model, that allows to retrieve the potential strength at the junctions between the (111) terraces and the step bunching. The potential strength depends on the substrate, the surface periodicity and the type of step-edge (A or B type). The surface potential has also been modified by intercalating Cu on Ir(332), that remains preferentially on the step bunching areas, producing there n-doped ribbons, while the non-intercalated areas remain p-doped, giving rise to an array of n- and p- doped nanoribbons on a single continuous layer. In the second approach to control the gap, we have studied the gap opening by electronic confinement in graphene nanoribbons grown on SiC. These ribbons are grown on an array of stabilized sidewalls on SiC. As a band-gap opening with unclear atomic origin had been observed by ARPES, we carried-out a correlated study of the atomic and electronic structure to identify the band gap origin. We performed the first atomically resolved study by STM, demonstrating the smoothness and chirality of the edges, finding the precise location of the metallic graphene nanoribbon on the sidewalls and identifying an unexpected mini-faceting on the substrate. To understand the coupling of graphene to the substrate, we performed a cross-sectional study by STEM/EELS, complementary of our ARPES and STM/STS studies. We observe that the (1-107) SiC sidewall facet is sub-faceted both at its top and bottom edges. The subfacetting consists of a series of (0001) miniterraces and (1-105) minifacets. Graphene is continuous on the whole subfacetting region, but it is coupled to the substrate on top of the (0001) miniterraces, rendering it there semiconducting. On the contrary, graphene is decoupled on top of the (1-105) minifacets but exhibits a bandgap, observed by EELS and compatible with ARPES observations. Such bandgap is originated by electronic confinement in the 1 - 2 nm width graphene nanoribbons that are formed over the (1-105) minifacets.

Cette thèse s'inscrit dans la continuité des travaux de l'Institut Langevin sur le contrôle spatio-temporel des ondes. Dans ce contexte, nous montrons en premier lieu que les milieux complexes offrent de plus grandes possibilités que l'espace libre. Nous quantifions ces apports en termes de degrés de liberté spatio-temporels qui peuvent être mis à profit grâce à l'utilisation de signaux large bande et de sources d'émission multiples. Nous étudions ensuite des milieux de propagation complexes qui présentent des hétérogénéités résonantes, et faisons le lien entre différents modèles (milieu effectif, polariton, hybridation) pour y décrire la propagation. Lorsque ces milieux sont organisés sur une échelle caractéristique inférieure à la longueur d'onde, nous montrons théoriquement qu'ils supportent des modes propagatifs qui oscillent sur des échelles spatiales inférieures à la longueur d'onde. Nous prouvons qu'il est possible d'exciter et de contrôler ces champs sub-longueur d'onde depuis le champ lointain en exploitant les degrés de liberté spatio-temporels à notre disposition. Des résultats expérimentaux et numériques de focalisation et d'imagerie en-dessous de la limite de la diffraction depuis le champ lointain sont présentés dans trois domaines de la physiques ondulatoire : les ondes micro-ondes, l'acoustique et l'optique. Enfin, nous nous intéressons à une gamme de fréquence, appelée bande interdite, pour laquelle il n'existe pas de solution propagative. En introduisant un défaut localement résonant, nous montrons la possibilité de créer des cavités résonantes ou des guides d'onde dont les dimensions sont bien inférieures à la longueur d'onde.

Dans les systèmes de télécommunications l'isolateur est le seul élément qui n'a pas encore été intégré, en raison du traitement thermique élevé (~ 700 °C) nécessaire à la cristallisation des matériaux magnétiques le constituant. Ce composant autorise le passage de la lumière dans une seule direction, en bloquant la propagation dans le sens retour et évite les risques des dommages ou d’instabilités. Il est basé sur l'effet non-réciproque de la rotation Faraday des matériaux magnéto-optiques. Pour surmonter ce problème de compatibilité tout en exaltant l'effet magnéto-optique, un matériau composite structuré en cristal photonique 3D a été élaboré par imprégnation d’un opale direct de polystyrène avec une solution de précurseurs métalliques dopés avec des nanoparticules magnétiques (CoFe2O4) à basse température en utilisant le procédé sol-gel. Premièrement, nous avons montré par le calcul, que l'utilisation d'un matériau magnétique diluée avec un indice de réfraction relativement faible dans un cristal photonique 1D, peut augmenter le facteur de mérite par rapport à une seule monocouche magnéto-optique. Pour obtenir une rotation Faraday suffisante, la fraction volumique de nanoparticules magnétiques dans la couche composite a tout d’abord été augmentée de quelques pour cent à une valeur aussi importante que 40%. Le résultat principal de cette thèse est enfin que la rotation de Faraday des cristaux magnéto-photoniques réalisés a montré une amélioration sur les bords de la bande interdite photonique en comparaison à la seule monocouche / For telecommunication systems the isolator is the only element, which has not been integrated yet, because of the high temperature (~700 °C) annealing process which is required for the crystallization of magnetic materials. Due to the non-reciprocal behavior of the magneto-optical effects, this device assures that the transmitted light passes in one direction, but it blocks the backward propagation into the laser and avoids damage risk or instabilities. To overcome this compatibility problem and increase the magneto-optical effect, a composite material arranged as 3D photonic crystal has been elaborated by impregnating polystyrene direct opals with magnetic nanoparticles(CoFe2O4) doped metallic precursor solution using low temperature sol-gel process. Firstly, we have shown by calculation, that the use of a dilute magnetic material with a relatively low refractive index in a 1D photonic crystal can increase the merit factor compared to a single magnetic monolayer. To obtain a sufficient Faraday rotation, the volume fiaction of magnetic nanoparticles had to be increased. We managed to reach 40%, whereas this rate was only a few percent at the beginning of this work. The main result of this thesis is that the Faraday rotation of the realized magneto-photonic crystals showed an enhancement at the edges of the photonic band gap comparing to the single monolayer

L'autosimilarité et l'évolution asymptotique intermédiaire sont des caractéristiques fondamentales de divers phénomènes physiques. Les recherches dans le domaine de l'optique ont mené à la prévision et à l'observation du similariton, nouvelle classe d'impulsions optiques ultracourtes présentant un profil d'intensité parabolique et développé par celles-ci au cours de leur propagation dans un amplificateur fibré à dispersion normale. Au delà de leur intérêt scientifique, les similaritons optiques sont d'une importance pratique primordiale du fait que leur profil peut être maintenu sans distorsion dans toute fibre à dispersion normale active ou passive et parce qu'ils possèdent un chirp strictement linéaire facilitant leur compression. Ce mémoire s'attache à mettre en évidence les possibilités d'obtention de ce profil dans un amplificateur à fibre dopée erbium. Les impulsions expérimentales caractérisées à l'aide d'un dispositif FROG présentent un profil d'intensité ainsi qu'une dérive fréquentielle en accord avec les résultats issus d'un modèle numérique. Nous avons aussi été en mesure d'étudier la formation des ailes du similariton durant son régime asymptotique intermédiaire. Une application typique des similaritons consiste dans le développement de sources impulsionnelles ultracourtes; expérimentalement nous avons développé un dispositif femtoseconde totalement fibré combinant un amplificateur à similaritons et une fibre à bandes interdites photoniques.

Les expériences de violation de la parité dans les atomes, explorant l'interaction faible électron-noyau à très faible énergie sont un test de la théorie électrofaible complémentaire de ceux de haute énergie. Une mesure précise de la charge faible du noyau de césium apporterait des informations très utiles sur les corrections radiatives. L'expérience proposée sur la transition très interdite 6S - 7S du césium à 540 nm vise à atteindre une précision de l'ordre de 1% sur cette mesure. Les atomes sont excités de 6S à 7S en présence d'un champ électrique longitudinal par un laser pulsé (durée de l'ordre de 10 ns). Il sont ensuite détectés par émission induite par un laser sonde accordé sur 7S - 6P3/2 à 1.470 μm). L'amplification transitoire du faisceau sonde peut dépasser 100%. La vapeur présente un fort dichroïsme plan dû à l'alignement de 7S par la polarisation linéaire du faisceau pompe. L'interaction faible dans l'atome fait tourner cet alignement d'un petit angle (1 à 10 microradians) que la mesure de la polarisation de la sonde amplifiée permet de déterminer. Dans cette thèse sont décrites les trois principales étapes que nous avons franchies: l'essai avec un champ transverse et des lasers continus, la mise en oeuvre d'un laser pulsé, et enfin le passage à une configuration de champ longitudinal. L'utilisation d'un polarimètre équilibré à deux voies spécialement étudié et d'une double chaine de mesure d'impulsions lumineuses a permis la mesure à chaque tir du taux de polarisation d'impulsions de 10^8 photons, au bruit de photons près. Les résultats obtenus semblent indiquer que l'expérience projetée sera réalisable.

Dans les systèmes de télécommunications l'isolateur est le seul élément qui n'a pas encore été intégré, en raison du traitement thermique élevé (~ 700 °C) nécessaire à la cristallisation des matériaux magnétiques le constituant. Ce composant autorise le passage de la lumière dans une seule direction, en bloquant la propagation dans le sens retour et évite les risques des dommages ou d'instabilités. Il est basé sur l'effet non-réciproque de la rotation Faraday des matériaux magnéto-optiques. Pour surmonter ce problème de compatibilité tout en exaltant l'effet magnéto-optique, un matériau composite structuré en cristal photonique 3D a été élaboré par imprégnation d'un opale direct de polystyrène avec une solution de précurseurs métalliques dopés avec des nanoparticules magnétiques (CoFe2O4) à basse température en utilisant le procédé sol-gel. Premièrement, nous avons montré par le calcul, que l'utilisation d'un matériau magnétique diluée avec un indice de réfraction relativement faible dans un cristal photonique 1D, peut augmenter le facteur de mérite par rapport à une seule monocouche magnéto-optique. Pour obtenir une rotation Faraday suffisante, la fraction volumique de nanoparticules magnétiques dans la couche composite a tout d'abord été augmentée de quelques pour cent à une valeur aussi importante que 40%. Le résultat principal de cette thèse est enfin que la rotation de Faraday des cristaux magnéto-photoniques réalisés a montré une amélioration sur les bords de la bande interdite photonique en comparaison à la seule monocouche.