Les composés à base de lanthanides luminescents possèdent des propriétés uniques offrant de nombreux avantages pour l’étude de problèmes biologiques et pour le diagnostic. Ils résistent notamment à la photodécomposition, possèdent des temps de vie de luminescence longs ainsi que des bandes d’émissions étroites qui ne se recouvrent pas. De plus, certains lanthanides émettent dans le proche infrarouge, ce qui les rend particulièrement intéressants pour des applications d'’imagerie in vivo. De part l’interdiction des transitions f → f, les cations lanthanides ont des coefficients d’extinction très faibles. C’est la raison pour laquelle, il est nécessaire d’utiliser un ou plusieurs sensibilisateur(s) (comme un chromophore organique) pour exciter le lanthanide par « effet antenne ». Nous proposons ici de nouveaux composés émettant dans le proche infrarouge dont la structure permet d’incorporer une densité importante de lanthanides et de sensibilisateurs par unite de volume : i) les nano-MOF Yb-PVDC-3 constitués de chromophores dérivés de dicarboxylates de phenylènevinylène qui sensibilisent les cations Yb3+ du réseau. ii) les complexes formés avec des ligands dendrimères dérivés de polyamidoamine de génération 3 capables de sensibiliser 8 lanthanides (Eu3+, Yb3+, Nd3+) par le biais de 32 antennes dérivées du groupe 1,8-naphthalimide. La caractérisation physique, photophysique et la biocompatibilité de ces composés ont été réalisées. Ils ont montré une bonne stabilité dans différents environnements. Leur faible cytotoxicité a permis d’obtenir des images de microscopie proche infrarouge sur cellules vivantes. La preuve de principe que les nano-MOFs et les dendrimères complexant des lanthanides peuvent être utilisés comme rapporteurs luminescents in cellulo et in vivo a été ici établie. Les résultats obtenus valident la stratégie d’utiliser ce type de matériel pour augmenter le nombre de photons émis par unité de volume afin d’obtenir une meilleure sensibilité de détection. / Unique properties of luminescent lanthanides reporters explain their emergence for bioanalytical and optical imaging applications. Lanthanide ions possess long emission lifetimes, a good resistance to photodecomposition and sharp emission bands that do not overlap. In addition, several lanthanides emit in the near infrared (NIR) region of the electromagnetic spectrum making them very interesting for in vivo imaging. Free lanthanide cations have low extinction coefficients due to the forbidden nature of the f → f transition. Therefore, lanthanides must be sensitized using a photonic converter such as an organic chromophore through the “antenna effect". We report here new near-infrared emitting compounds whose structure allows to incorporate a high density of lanthanide cations and sensitizers per unit volume: i) nano-MOF Yb-PVDC-3 based on Yb3+ sensitized by phenylenevinylene dicarboxylates. ii) polymetallic dendrimer complexes formed with derivatives of new generation-3 polyamidoamine dendrimers. In these complexes, 8 lanthanide ions (Eu3+, Yb3+, Nd3+) can be sensitized by the 32 antenna derived from 1,8-naphthalimide. These two families of compounds were fully characterised for their physical, photophysical properties as well as for their biological respective compatibilities. They are stable in various media and their low cytotoxicity and emission of a sufficient number of photons are suitable for near-infrared live cell imaging. One of the main goal outcomes of this work is the establishment of the proof of principle that nano- MOFs and lanthanide derived dendrimers can be used for the sensitization of NIR emitting lanthanides to create a new generation of NIR optical imaging agents suitable for both in cellulo and in vivoapplications.The present work also validates the efficiency of the strategy to use both types of nanoscale systems described here to increase the number of emitted photons per unit volume for an improved detection sensitivity and to compensate for low quantum yields.

J'ai étudié les interfaces semi-conducteur organiques/ferromagnétique par la diffusion des électrons et la photoémission résolue en spin. Dans la première partie, un comportement inattendu de la réflexion d'électrons dépendante de spin à ces interfaces est observé. En fait, une couverture sous-monocouche des molécules organiques rend l’amplitude de réflexion d’électrons indépendante de spin, c.à.d. que la réflectivité ainsi que la phase de réflexion devient indépendante de l'orientation du spin des électrons incidents. Bien que je ne sois pas en mesure d'identifier la cause de ce phénomène, je montre qu'il s'agit d'un phénomène très général qui est indépendante de l'énergie des électrons primaires, du choix du substrat ferromagnétique, du choix de la molécule organique, et de l'orientation de la polarisation initiale. Il n'est pas du à un changement de l’aimantation de surface, à une dépolarisation des électrons primaires, ou à une interaction directe des molécules avec le substrat ferromagnétique. En outre, la théorie ne prédit pas les résultats expérimentaux et d'autres recherches sont donc nécessaires pour dévoiler la physique derrière ces observations. Dans la seconde partie de ma thèse, les expériences de photoémission résolue en spin sont réalisées au synchrotron SOLEIL. Le résultat principal est l'observation d'un état électronique induite par les molécules organiques près du niveau de Fermi qui est hautement polarisé en spin. Des mesures en fonction de l’épaisseur de la couche organique permettent d’identifier le caractère interfacial de cet état électronique. Enfin, ces résultats sont comparés avec des calculs théoriques effectués à l'institut. / I studied organic semiconductor/ferromagnet interfaces by characterizing them by spin-polarized electron scattering and photoemission spectroscopy experiments. In the first part, a completely unexpected behaviour of the spin-dependent electron reflection properties of these interfaces is observed. In fact, sub-monolayer coverage of the organic molecules makes the electron reflection amplitude independent of the spin, i.e. both the reflectivity and the reflection phase become independent of the spin orientation of the incident electrons. Although I am not able at the moment to identify the cause of this phenomenon, I show that it is a very general phenomenon which is independent of the energy of the primary electrons, the choice of the ferromagnetic substrate, the choice of the organic molecule, and of the orientation of the initial spin polarization. It is not due to a change of the surface magnetization, a depolarization of the primary electrons, or a direct interaction of the molecules with the ferromagnetic substrate. Moreover, theory does not predict so far the experimental results and further research is required to unveil the physics behind these observations. In the second part of my thesis, spin-resolved photoemission experiments have been performed at the synchrotron SOLEIL. The main result is the observation of a highly spin-polarized molecule-induced electronic state close to the Fermi level. Measurements as a function of the organic layer thickness allow us to determine the interfacial character of this electronic state. Finally, these results are compared with theoretical calculations performed at the institute.