Les composés manganites pérovskites sont des candidats potentiels pour des applications magnétiques et magnétorésistives. Ils connaissent un regain d’intérêt ces dix dernières années et la croissance de monocristaux est devenue nécessaire pour mieux comprendre et améliorer l’étude des propriétés physiques menées en amont sur des couches minces de mêmes compositions. A travers cette étude, nous nous sommes tout particulièrement intéressés au composé La0.8Sr0.2MnO3 élaboré dans un four à image par la technique de fusion de zone. Il présente ses propriétés les plus intéressantes au voisinage de la température ambiante. Les paramètres structuraux et texturaux ont été analysés par microscopie en champ proche, microscopie à balayage et en transmission. On a ainsi pu observer des macles sur toute la surface des échantillons et aussi des défauts amorphes de taille nanométrique, mais aucun joint de grain n’a été relevé. Dans la partie centrale, ces derniers, en plus grand nombre, modifient les interactions magnétiques entre domaines. En revanche, sur le bord, comme la cristallinité est meilleure, le couplage magnétique est plus fort. Une mise en ordre des domaines magnétiques s’impose alors selon un axe de facile aimantation. En transport, des effets de non linéarité dus au chauffage de type Joule ont été observés en régime de courant alternatif. Après avoir établi dans quelle gamme des valeurs de courant la réponse était linéaire, les propriétés intrinsèques des monocristaux de La0.8Sr0.2MnO3 ont été étudiées. Ainsi nous avons mis en évidence des phénomènes de relaxation de la résistance à température ambiante. Par mesure de résistance locale, la coexistence de phase entre amas métalliques et matrice isolante a été montrée. Ceci permet d’interpréter nos mesures de transport en termes de percolation de domaines. Pour finir, en régime de courant continu, nous avons mis en évidence que, près de la température de Curie, les électrons conducteurs, polarisés en spin suivant la direction d’aimantation des domaines ferromagnétiques forts, retournent, sous l’effet d’un couple magnétique, les moments des domaines ferromagnétiques faibles de façon continue et réversible, pouvant générer une hausse de 30% de l’aimantation dans le matériau. / Perovskite manganite compounds are potential candidates for magnetic and magnetoresistive applications. They have known a resurge in interest during the last ten years and the growth of single crystals has become necessary to better understand and improve the study of the physical properties carried out on thin films of the same composition. In the present work, we were quite particularly interested in the La0.8Sr0.2MnO3 compound elaborated in an image furnace by the floating zone technique. Its most exciting properties can in fact be studied at room temperature. The structural and textural parameters were analyzed by near field microscopy, as well as by scanning and transmission microscopy. We were thus able to observe twins on the surface of all samples and also amorphous defects of nanometric size, but no grain boundaries were found. Concentrated mainly in the central part of the material, these modify the magnetic interactions between domains. On the other hand, near the edges, as the crystal structure is better maintained, the magnetic coupling is stronger. An ordering of the magnetic domains could be found, along an axis of easy magnetization. In transport, experiments non-linear effects due to Joule heating were observed in the alternating current regime. Having established in which range of current values the response was linear, the intrinsic properties of the La0.8Sr0.2MnO3 single crystals were studied, for example, relaxation phenomena of the resistance at room temperature. By measuring the spreading resistance, the phase coexistence between metallic clusters and an insulating matrix was revealed. This allows us to interpret our transport measurements in terms of percolation of ferrometallic domains. To finish, in the direct current regime, we show that, near the Curie point, the conduction electrons, spin-polarized according to the magnetization direction of hard ferromagnetic domains, flip, under the influence of a magnetic torque, the moments of soft ferromagnetic domains in a continuous and reversible way, being able thereby to lead to an enhancement of up to 30 % of the magnetization in the material.

Les nouveaux dispositifs de l'électronique de spin nécessitent une meilleure compréhension du comportement hyperfréquence de l'aimantation. Ce travail est consacré au développement de la mesure de la résonance ferromagnétique à l'aide d'un analyseur de réseau vectoriel (VNA-FMR), pour caractériser la dynamique de l'aimantation. Bien que prometteuse, la méthode VNA-FMR n'est apparue que récemment et sa standardisation n'est pas encore accomplie. Nous avons établi l'analyse de données appropriée pour une géométrie en transmission d'ondes, où une analyse rigoureuse est possible. Nous avons comparé cette méthode à plusieurs méthodes simplificatrices, notamment l'utilisation d'un circuit ouvert à l'extrémité du guide d'ondes, permettant un dispositif expérimental plus compact. Nous avons étudié plusieurs types de couches minces. Des multicouches Fe/Au ont subi deux traitements de bombardement ionique pour modifier leurs propriétés. En combinaison avec des mesures structurales, les mesures de VNA-FMR ont prouvé clairement les améliorations induites par l'irradiation des couches magnétiques. Nous avons également étudié le phénomène de l'anisotropie d'échange sur des échantillons IrMn/NiFe et IrMn/CoFeB. En utilisant la méthode VNA-FMR, nous avons pu déduire le champ de l'anisotropie d'échange agissant sur l'aimantation pour chaque point du cycle d'hystérésis, démontrant ainsi sa dépendance vis-à-vis de l'histoire du champ magnétique. Enfin, nous avons étudié des alliages de CoFeB, en s'intéressant particulièrement au paramètre d'amortissement et à la raideur d'échange. On a montré que la recristallisation due au recuit thermique provoque une augmentation de l'amortissement.

Cette thèse a pour objectif l'étude des parois de domaines magnétiques, et plus généralement des textures magnétiques, dans des nanostructures. Ce travail est motivé par le couplage entre les électrons responsables du magnétisme et ceux de la conduction électrique, appelé transfert de spin, qui donne lieu à la dynamique de parois de domaines sous courant de spin. La connaissance du comportement dynamique et des caractéristiques statiques de telles structures est alors indispensable. L'outil principalement utilisé dans de ce travail est la microscopie à force magnétique, et ce présent dans l'ensemble des sujet abordés. L'étude principale de ce travail concerne la mise en évidence expérimentale de l'automouvement de paroi dans des nanopistes de NiFe. Nous avons montré ce phénomène dans le cas d'une transformation de parois puis analysé l'importance qu'il a pour la dynamique de parois dans le cas général aux impulsions courtes. Les propriétés statiques ont aussi été étudiées par des mesures de magnétorésistance anisotrope pour des parois soumises à un champ magnétique tournant quasi-statique. Finalement, L'aspect “nouveaux matériaux” étant un des grands axes de recherche concernant le transfert de spin, une troisième partie a été consacrée à l'étude de la distribution d'aimantation complexe des nanostructures de NiPd. Pour tous les sujets abordés dans ce travail, des calculs micromagnétiques ont été effectués pour appuyer notre compréhension.

Cette thèse comporte deux parties. L'objectif de la première partie était l'implémentation d'une méthode de résolution de l'équation dynamique de Landau-Lifshitz-Gilbert fondée sur l'approximation des éléments finis. Deux approches ont été présentées: la première reposant sur une formulation avec contrainte et la seconde mettant en œuvre des fonctions tests dans le plan tangent à l'aimantation. Seule la seconde approche reproduit la dynamique obtenue en différences finies sur des cas tests. Dans la seconde partie, le but était d'étudier le déplacement de parois de domaines magnétiques sous l'effet d'un champ magnétique ou d'un courant polarisé en spin dans des systèmes à anisotropie perpendiculaire. Il a été nécessaire d'introduire dans l'équation dynamique les termes dus au transfert de spin. Des systèmes idéaux et des systèmes avec différents types de défauts ont été étudiés. Les résultats numériques ont été comparés avec les données expérimentales disponibles.

Ce mémoire est consacré à l'étude théorique et expérimentale de la dynamique rapide de l'aimantation dans des nanostructures de (Co3Å/Pt6Å)6 à forte anisotropie perpendiculaire. J'ai proposé d'assister le retournement de l'aimantation par un champ d'échange dans le plan de La nanostructure. Un modèle analytique a été développé dans l'approximation macrospin. Ce champ d'échange réduit significativement l'amplitude de l'impulsion du champ magnétique nécessaire pour le retournement, et ce à la fois si le champ appliqué est parallèle au champ d'échange ou perpendiculaire au plan de la nanostructure. Dans ce dernier cas, la ré-écriture directe est possible et la réduction du champ de retournement peut être utilisée pour augmenter de 24% la densité d'enregistrement sur disques durs en ayant recours à des matériaux à plus forte anisotropie magnétique. L'aspect expérimental comprend deux parties. La première concerne la conception, la réalisation et la caractérisation des échantillons. Après la définition des circuits hyperfréquences, quatre procédés technologiques pour leur microfabrication ont été testés et comparés. Les microcircuits incorporent une source de champ localisée, prenant la forme d'une microbobine ou d'une ligne coplanaire. Leur bande passante varie entre 14 GHz et 20 GHz. Les champs magnétiques typiques générés par la microbobine et la ligne coplanaire sont respectivement de 1.9 Oe/mA et 1.3 Oe/mA. Les mesures résolues en temps par effet Hall extraordinaire ont été réalisées pour sonder la réponse précessionnelle de l'aimantation induite l'impulsion du champ. La forte résistance DC de la multicouche Co/Pt a rendu difficile la détection de ce signal. Des mesures quasi-statiques de retournement avec une/plusieurs impulsions de durées autour de la nanoseconde assistées par un champ statique perpendiculaire ont été faites. L'impulsion du champ aide le retournement, vraisemblablement par nucléation. A titre d'exemple, il a été notamment montré qu'une impulsion de 32 mT et de durée 10 ns peut retourner l'aimantation de presque toute une nanostructure de 500´500nm2 si cette impulsion est assistée par un champ statique de 22 mT.

Cette thèse s'inscrit dans la thématique de l'électronique de spin et concerne plus particulièrement la dynamique radiofréquence de l'aimantation sous courant polarisé en spin. Dans les nanostructures magnétiques, le transfert de spin permet de soutenir une oscillation entretenue de l'aimantation à grande amplitude. Ces oscillations suscitent un intérêt fondamental pour l'étude de la dynamique de l'aimantation dans le régime fortement non-linéaire. Les oscillateurs à transfert de spin sont également très prometteurs d'un point de vue applicatif, du fait de leur taille nanométrique et de leur forte accordabilité en fréquence. Néanmoins, leur signal de sortie devra être amélioré et l'origine de leur pureté spectrale comprise. Dans cette optique, nous avons étudié expérimentalement la réponse dynamique de deux types d'oscillateurs complémentaires. Nous nous sommes d'abord intéressés à une structure vanne de spin basée sur une couche polarisante à aimantation perpendiculaire. Nous avons démontré la possibilité d'induire une précession de l'aimantation de forte amplitude autour de son maximum d'énergie. Le renfort de simulations micromagnétiques fut nécessaire pour décrire précisément les observations expérimentales. Dans un second temps, nous avons développé un banc de mesure temporelle ainsi qu'un protocole d'analyse original pour étudier la pureté spectrale d'oscillateurs à jonction tunnel magnétique MgO. Ces mesures nous ont permis d'observer certains des mécanismes d'instabilité limitant la cohérence du signal micro-onde de l'oscillateur, comme par exemple des fluctuations de fréquence sur l'échelle de la dizaine de nanosecondes.

Ce travail de thèse décrit (i) la synthèse de complexes hétérométalliques d'ions 3d et 4f à partir de précuseurs de Mn, Fe et Co, de sels de lanthanides et de ligands organiques et (ii) l'étude de leurs structures et propriétés. 41 complexes polynucléaires ont été synthétisés dans le cadre de ce travail. Les structures moléculaires de tous les composés ont été déterminées par diffraction des rayons X. Les propriétés magnétiques de 22 complexes ont été étudiées, dont quatre montrent une relaxation lente de leur aimantation considérée comme la signature d'un comportement de molécule-aimant. L'activité catalytique du complexe {Mn4Dy6Li2} calciné a aussi été étudiée et s'est avérée efficace pour l'oxydation du monoxyde de carbone. L'étude systématique de complexes isostructuraux de lanthanides a montré que l'incorporation d'ions 4f peut introduire de l'anisotropie magnétique et que l'ion DyIII est généralement le meilleur candidat pour le ciblage de molécules-aimants hétérométalliques 3d- 4f.

Un navire à coque ferromagnétique, sous l'influence du champ magnétique terrestre et de contraintes mécaniques, s'aimante, créant ainsi une anomalie locale du champ. L'immunisation en boucle fermée est un système permettant au bâtiment d'auto-évaluer cette anomalie et de la compenser en temps réel. La mise au point de ce système nécessite le développement d'un outil capable de prédire l'aimantation de la coque à chaque instant. Cette aimantation se décompose en deux parties: d'une part l'aimantation induite et d'autre part l'aimantation permanente. La première partie de ce travail s'attache à présenter les méthodes numériques permettant de calculer l'aimantation induite, c'est-à-dire la réaction du matériau plongé dans un champ inducteur. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à des méthodes intégrales conduisant à des répartitions de charges et de dipôles tangentiels localisées sur la coque. La deuxième partie propose une méthode pour déterminer l'aimantation permanente. Cette aimantation dépendant de l'histoire magnétique du bâtiment (hystérésis, magnétostriction...), un calcul déterministe n'est pas envisageable. Il est alors nécessaire de faire intervenir des mesures de champ magnétique effectuées à l'intérieur de la coque pour l'évaluer. Le présent travail propose une approche originale pour résoudre ce problème inverse. Celui-ci étant mal posé, nous proposons un critère de choix de la solution basé, non pas sur une approche mathématique, mais sur la connaissance physique des phénomènes mis en jeu. Une fois un modèle d'aimantation obtenu, il est alors possible de calculer le champ à l'extérieur du bâtiment. Tous nos résultats ont été validés sur une maquette représentative d'un navire réel.

Un navire à coque ferromagnétique, sous l'influence du champ magnétique terrestre. et de contraintes mécaniques, s'aimante, créant ainsi une anomalie locale du champ. L'immunisation en boucle fennée est un système permettant aubâtiment d'auto-évaluer cette anomalie et de la compenser en temps réel. La mise au point de ce système nécessite le développement d'un outil capable de prédire l'aimantation de la coque à chaque instant. Cette aimantation se décompose en deux parties: d'une part l'aimantation induite et d'autre part l'aimantation permanente. La première partie de ce travail s'attache à présenter les méthodes numériques permettant de calculer l'aimantation induite, c'est-à-dire la réaction du matériau plongé dans un champ inducteur. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à des méthodes intégrales conduisant à des répartitions de charges et de dipôles tangentiels localisées sur la coque. La deuxième partie propose une méthode pour déterminer l'aimantation permanente. Cette aimantation dépendant de l'histoire magnétique du bâtiment (hystérésis, magnétostriction... ), un calcul déterministe n'est pas envisageable. Il est alors nécessaire de faire intervenir des mesures de champ magnétique effectuées à l'intérieur de la coque pour l'évaluer. Le présent travail propose une approche originale pour résoudre ce problème inverse. Celui-ci étant mal posé, nous proposons un critère de choix de la solution basé, non pas sur une approche mathématique, mais sur la connaissance physique des phénomènes mis en jeu. Une fois un modèle d'aimantation obtenu, il est alors possible de calculer le champ à l'extérieur du bâtiment. Tous nos résultats ont été validés sur une maquette représentative d'un navire réel.

Dans ce manuscrit, nous présentons d'abord le bloc de construction moléculaire ultime pour les dispositifs de spintronique, les aimants à molécule unique (Chapitre 2). En particulier, nous nous concentrerons sur une molecule de TbPc2 et différentes approches pour sonder son aimantation à l'aide de détecteurs a base de nanotubes de carbone et de mécanismes de couplage différents (flux magnétique, couplage électronique et mécanique). Dans le but de construire un detecteur de torque supramoléculaire capable de sonder le moment magnétique d'un aimant moléculaire, nous allons décrire dans le chapitre 3 un candidat très prometteur, un système nanoélectromécanique (NEMS) à base d'un nanotube de carbone. Nous décrirons d'abord les avantages de NEMS à base de carbone par rapport aux résonateurs classiques à base de silicium. Par la suite, nous présenterons l'état de l'art des NEMS à base de nanotubes de carbone, en nous focalisant en particulier sur deux différents mouvements nanomécaniques, un mode de flexion transverse et un mode de compression longitudinal. Dans le chapitre 4, nous présenterons la mise en oeuvre expérimentale d'un detecteur de torque supramoléculaire basé sur NEMS à nanotubes de carbone et des aimants à molécule unique. Nous décrirons d'abord le processus de fabrication ultra propre et les étapes de la caractérisation d'un NEMS à nanotubes de carbone à températures ambiante et cryogénique. Nous allons ensuite démontrer un procédé de greffage d'une molécule aimants de TbPc2 sur un tel NEMS à nanotube de carbone, qui conserve à la fois les propriétés magnétiques de la molécule et les propriétés mécaniques du résonateur. Dans le chapitre 5, nous allons ensuite procéder à une étude systématique du mode de flexion transverse dans un NEMS à nanotube de carbone. Nous montrerons, que la dissipation de ce mode de vibration induit par l'effet tunnel d'électron unique à travers le nanotube de carbone (considére comme point quantique) dépend essentiellement de l'environnement électronique du nanotube, c'est à dire de la capacité, du couplage entre le nanotube de carbone et les electrodes métalliqes, du courant et de la température. Les résultats indiquent que l'on pourrait atteindre des facteurs de qualité de 10^6 ou plus en choisissant un diélectrique de grille appropriées et/ou en améliorant le couplage entre le nanotube de carbone et les electrodes, ce qui permettrait notamment d'augmenter la sensibilité du NEMS nanotubes de carbone par rapport à un torque magnétique générer par le retournement d'un aimant moléculaire. Dans le chapitre 6, nous démontrons la présence d'un mode de vibration longitudinal quantique dans un NEMS à base de nanotube de carbon fonctionnalisé avec des aimants moléculaires de TbPc2. Nous allons en particulier montrer que la nature quantique des deux systèmes, se traduit par un fort couplage entre le mode de compression longitudinal et l'aimantation d'un aimant moléculaire TbPc2 unique greffé sur la parois du nanotube de carbone. Ce fort couplage permet par la suite de détecter les états de spin nucléaire dans la molécule de TbPc2. Enfin, nous présenterons dans la conclusion de ce manuscrit quelques perspectives pour la détection et la manipulation (coherente) d'un seul spin (nucléaire) à l'aide d'un système mécanique quantique.