Ce mémoire présente, pour la première fois, des analyses détaillées d’étoiles naines blanches montrant à la fois des éléments lourds et de forts champs magnétiques. Ces analyses sont effectuées à l’aide d’un tout nouveau code d’atmosphère pouvant calculer la position et la force des raies de tous les éléments (du carbone au cuivre) en régime Paschen-Back pour une géométrie de notre choix. Dans un premier temps, nous décrivons l'effet d'un champ magnétique sur les niveaux d'énergie atomiques, par l'effet Zeeman en champ faible puis en régime Pashen-Back lorsque l'approche perturbative n'est plus valide. Nous explorons ensuite l’effet de la géométrie du champ magnétique, notamment les différences entre les modèles calculés en supposant un champ magnétique uniforme (ou constant dans l'espace) et ceux ayant une géométrie dipolaire. Certaines études ont récemment affirmé qu’en présence d’un champ magnétique intense le mouvement convectif était fortement atténué, de sorte que l’atmosphère devenait pratiquement radiative (Tremblay et al., 2015). Nous explorons brièvement l’impact que peut avoir la suppression du transport d’énergie convective sur les résultats d’analyses d’étoiles magnétiques. Dans le but d'améliorer les analyses d'étoiles magnétiques, nous avons implémentés certains changements aux modèles d'atmosphères utilisés, tel que l'ajout du traitement magnétique des raies métalliques. Nos nouveaux outils nous permermetterons d'analyser de manière rigoureuse, pour la première fois, les étoiles G165-7, J2105+0900 et LHS 2534, trois étoiles magnétiques avec présence d'éléments lourds. Nous étudions leurs paramètres atmosphériques tels que la température effective, gravité de surface et abondances de métaux à partir de modèles standards ainsi qu’à partir de modèles radiatifs ou la convection a été artificiellement inhibée par la présence d’un champ magnétique intense. Nous observons que nos modèles riches en hydrogène sans convection ne reproduisent plus les observations, contrairement à ceux riches en hélium où la convection se produit hors de la région de formation des raies (soit plus profondément). Nous observons finalement qu'un champ magnétique dipolaire centré avec l'étoile ne reproduit pas bien les profils des raies d'un même multiplet, puisque les composantes sigma (celles à gauche et à droite de la raie centrale) prédites sont trop larges. Les observations spectroscopiques sont mieux reproduites à partir de modèles ayant un champ magnétique de surface constant, ou avec un dipôle toujours fortement décalé selon l’axe -z, indiquant que la géométrie réelle du champ magnétique est probablement plus complexe qu’un simple dipôle. / We present, for the first time, detailed analyses of white dwarf stars showing heavy metal lines and large magnetic fields. These analyses are carried out with a new atmosphere code able to compute the position and strength of lines for all elements (from carbon to copper) in the Paschen-Back regime for an arbitrary geometry. Firstly, we describe the effect of a magnetic field on the atomic energy levels, first with the Zeeman effect for weak fields then in the Paschen-Back regime when the pertubative approach is no longer valid. We then explore the effect of the magnetic field geometry, especially the differences between models calculated assuming a constant field and those with a dipolar geometry. Some studies recently suggested that in the presence of an intense magnetic field, the convective movement is strongly inhibited, renderingthe atmosphere mostly radiative (Tremblay et al., 2015). We briefly explore the impact the suppression of the convective energy transport can have on the analyses' results of magnetic stars. In order to carry out a thorough analysis of some magnetic stars, we have applied changes to the atmospheric models used, for example by adding magnetic treatment of metallic lines. With these new tools, we analyse for the first time, in a rigorous manner, the stars G165-7, J2105+0900 and LHS 2534, three magnetic stars showing heavy elements. We study their atmospheric parameters such as the effective temperature, surface gravity and metal abundances, and then explore the possibility of having pure radiative atmospheres, where the convection would be inhibited by intense magnetic fields. We find that hydrogen rich models cannot reproduce observations, unlike those rich in helium where the convective movement takes place out of the line forming region. We finally note that a centered dipolar magnetic field is not able to reproduce the line profiles of a given multiplet, since the sigma components (those to the left and the right of the central line) predicted are too broad. Spectroscopic observations are better reproduced with constant magnetic field models, or with a strongly offset dipole in the -z axis, indicating that the actual field geometry probably is more complex than a simple dipole.

L'EMCD, Energy Loss Magnetic Chiral Dichroism, est une technique récente, mise en œuvre dans le microscope électronique à transmission (TEM), qui utilise la spectroscopie de pertes d'énergie d'électrons (EELS). Elle a pour objectif la mesure du moment magnétique local d'un élément chimique donné. Son utilisation contribue à progresser dans la compréhension des phénomènes magnétiques à l'échelle nanométrique. Cette thèse propose d'élargir les domaines d'applications de l'EMCD. Nous avons exploité l'EMCD pour l'étude de films minces de MnAs épitaxiés sur un substrat de GaAs(001). Ce travail montre l'utilité de cette technique dans le cas de structures hexagonales présentant une anisotropie magnéto-cristalline élevée. Le rapport des moments orbital et de spin du Mn dans les films de MnAs ferromagnétique de structure hexagonale a été mesuré par EMCD et comparé à des calculs DFT, ceci le long des axes magnétiques facile, difficile et intermédiaire. Une rupture de l'ordre ferromagnétique a par ailleurs été observée et mesurée in situ dans le microscope grâce à un porte-objet chauffant, lors de la transition cristallographique de a-MnAs hexagonal à ß-MnAs quasi-hexagonal. La technique EMCD a également été mise en œuvre pour sonder le moment 4f de composés de terres rares à base de dysprosium. Il s'agissait d'étudier des super-réseaux DyFe2/YFe2. Les règles de somme ont été établies pour le seuil M4,5 du Dy. En outre, le couplage antiparallèle des moments Dy et Fe a été confirmé en comparant leurs signaux dichroïques et en prenant en compte la théorie dynamique de la diffraction. Ce travail de thèse illustre pour la première fois d'une part la faisabilité de la technique EMCD pour l'étude quantitative de l'anisotropie et des transitions magnétiques, et d'autre part son potentiel pour étudier les terres rares et leur moment 4f, ainsi que le couplage avec des éléments de transition. / EMCD (Energy-Loss Magnetic Chiral Dichoism) is an emerging technique based on energy-loss spectroscopy (EELS) in a transmission electron microscopy (TEM). It aims at measuring the element-specific local magnetic moment of solids at a nanometer scale, and hence improving our understanding of magnetic local magnetic phenomena. This thesis presents the exploring work on developing the EMCD technique and its applications. We have applied EMCD to epitaxial MnAs thin films grown on a GaAs(001) substrate, extending the application of this technique to hexagonal structure with high magnetocrystalline anisotropy. The 3d orbital-to-spin moment ratio of Mn in hexagonal ferromagnetic MnAs along easy, hard and intermediate magnetic axes has been respectively estimated and then compared to DFT calculations. Moreover, a breaking of the ferromagnetic order in MnAs thin film, together with the crystallographic transition from hexagonal a-MnAs to quasi-hexagonal ß-MnAs, has been locally studied in-situ by modifying the temperature of the crystal inside the electron microscope. EMCD has also been settled to probe 4f moment in rare earth compounds, by investigating Dy-M4,5 edges in DyFe2/YFe2 superlattices. We have derived sum rules which are specified for 4f moment and applied them to the obtained dichroic signal over Dy-M4,5 edges. In addition, antiparallel coupling of Dy and Fe moments has been confirmed by comparing their dichroic signals, taking into account the dynamic diffraction effect. The work in this thesis illustrates for the first time the feasibility of EMCD technique for quantitative study of magnetocrystalline anisotropy and magnetic transition, and also proves its potential as a tool to investigate 4f moment as well as moment coupling in magnetic materials.

L'étude de l'activité cérébrale nécessite des enregistrements simultanés à différentes échelles spatiales, d'une cellule unique aux aires corticales du cerveau. Ces mesures fournissent un aperçu sur la relation entre les structures, les fonctions et la dynamique des circuits neuronaux. Les techniques d'électrophysiologie apportent des informations cruciales sur l'activité électrique dans les neurones. Sonder localement la signature magnétique de cette activité donne des informations directes sur les courants neuronaux et la nature vectorielle d'une mesure magnétique renseigne sur la directionnalité du flux ionique neuronal sans le perturber. Le champ magnétique induit par les courants neuronaux est accessible par la magnetoencéphalographie (MEG), qui fournit la cartographie des champs neuromagnétiques à la surface du cerveau à l'aide des Superconducting Quantum Interference Devices (SQUIDs). Cependant, les mesures locales de courants neuronaux à l'échelle cellulaire nécessite des dispositifs miniaturisés et très sensibles. L'objectif de ce travail de thèse est de développer un nouvel outil pour la neurophysiologie, l'équivalent magnétique d'électrodes, nommé "magnetrodes", capable de détecter les courants neuronaux locaux par la détection magnétique. Les progrès récents de l'électronique de spin ont permis de donner naissance aux capteurs à magnétorésistance géante (GMR), qui offrent la possibilité d'être miniaturisé et suffisamment sensibles pour détecter des champs magnétiques très faibles, comme ceux émis par les neurones à l'échelle locale (de l'ordre du picotesla au nanotesla). Deux types de capteurs GMRs ont été développés au cours de ce travail, des sondes planes dédiées aux enregistrements en surface des tissues (tranche d'hippocampe, muscle ou cortex), les autres sont des sondes pointus, conçus pour pénétrer facilement les tissus et enregistrer localement les champs neuromagnétiques. Trois expériences ont été réalisées dont deux in vitro et une in vivo. Le premier potentiel d'action magnétique a été détecté in vitro à l'aide de sondes GMRs planes, résultant des courants axiaux dans un muscle de la souris. Le deuxième modèle analysé in vitro est la tranche d'hippocampe de cerveau de souris où les deux types de sondes ont été testés, montrant certains résultats préliminaires. Enfin, nous avons effectué les premiers enregistrements magnétiques in vivo sur le cortex visuel du chat, affichant des réponses corticales induites de l'ordre de 10-20 nTpp. Ces résultats ouvrent la voie à magnetophysiologie locale qui est une nouvelle approche d'exploration et d'interfaçage cerveau. / Understanding brain activity requires simultaneous recordings across spatial scales, from single-cell to brain-wide network. Measurements provide insights about the relationship between structures, functions and dynamics in neuronal circuits and assemblies. Electrophysiological techniques carry crucial information about the electrical activity within neurons. Locally probing the magnetic signature of this activity gives direct information about neuronal currents and the vectorial nature of magnetic measurements provides the directionality of neuronal ionic flux without disturbing it. Noticeably, the magnetic signature induced by the neuronal currents is accessible through Magneto EncephaloGraphy (MEG), which provides neuromagnetic field mapping outside the head using Superconducting QUantum Interference Devices (SQUIDs). However, local measurements of neuronal currents at cellular scale requires small and very sensitive devices. The purpose of the present thesis work is to develop a novel tool for neurophysiology, the magnetic equivalent of electrodes, named “magnetrodes”, are able to detect the local neuronal currents through magnetic detection. Recent advances in spin electronics have given rise to Giant MagnetoResistance (GMR) based sensors, which offer the possibility to be miniaturized and sensitive enough to detect very weak magnetic fields like those emitted by neurons at local scale (in the picotesla to nanotesla range). Two kinds of GMR based sensors have been developed throughout this work, one of these are planar probes dedicated to surface measurements (hippocampus slice, muscle or cortex), the other kind are sharp probes, designed in a needle-shape to easily penetrate the tissues and locally record the neuromagnetic fields. Three experiments have been performed, either in vitro and in vivo. In the first experiment, an Action Potential has been detected magnetically in vitro by means of planar GMR sensors, resulting from axial currents within a mouse muscle. The second in vitro experiment analyzed the hippocampal mouse brain slices, where both planar and sharp probes were tested giving some preliminary results. Lastly we performed the first magnetic recordings in vivo on cat's cerebral cortex, displaying stimulus-induced cortical responses of 10-20 nT pp . These results pave the way for local magnetophysiology, a novel approach of brain exploration and interfacing.

L'objectif de ce travail est de surmonter tous ces processus long et fastidieux comme la filtration et la centrifugation qui sont utilisées dans l'application in-vitro. En plus, ces particules qui sont appropriés pour une utilisation dans le laboratoire-sur une-puce et les biocapteurs systèmes sont produites. Les particules submicroniques magnétiques de latex (MLPs) avec la morphologie noyaucoque souhaité ont été préparées. L'huile dans eau (h/e) et l'émulsion magnétique (faitmaison) a été utilisé en tant que graine de polymérisation radicalaire en émulsion de styrène (St) en tant que monomère et agent de reticulation divenylbenzene (DVB) en présence de persulfate de potassium qu'initiateur. Les particules de la surface ont été fonctionnalisés avec du sulfate et des groupes carboxyliques en utilisant les initiateurs. Un nouveau biocapteur électrochimique de capacité basé sur de substrat de nitrure de silicium (Si3N4) combiné à des MLPs a été développé. MLPs avec terminaison acide carboxylique ont été liés de manière covalente à Si3N4 à travers des monocouches autoassemblées (SAMs) du silane-amine (3-aminopropyl) triéthoxysilane (APTES). Enfin les anticorps anti-ochratoxine A ont été immobilisés sur les MLPs par liaison amide. Mesures électrochimiques ont été effectuées en utilisant une analyse Mott-Schottky pour la détection de l'ochratoxine A (OTA). L'utilisation de l'application de dosage compétitif grà¢ce à l'immobilisation des quantités fixe d'antigène (SA2BSA) et d'anticorps (Ab 155) a été mesurée respectivement contre différentes concentrations de sulfamides pyridine (SPY), avec et sans utilisation de MLPs avec une fonctionnalité de groupe carboxylique. La sensibilité de Biocapteur a augmenté quand MLPs ont été utilisés / Objective of this work is to overcome all those tedious and time consuming processes likefiltration and centrifugation which are used in in-vitro applications. Moreover, suchparticles which are suitable for use in lab-on-a-chip and biosensors systems are produced.Submicron magnetic latex particles (MLPs) with desired core-shell morphology wereprepared. Oil in water (o/w) magnetic emulsion (home-made) was used as seed of radicalemulsion polymerization of Styrene (St.) as a monomer and cross-linker divenylbenzene (DVB ) in the presence of potassium persulfate (KPS) and 4, 4'-azobis cyanopentanoic acid(ACPA) as an initiators. Particles surface was functionalized with sulfate and carboxylicgroups by using the initiators.A novel capacitance electrochemical biosensor based on silicon nitride substrate (Si3N4)combined with MLPs was developed. MLPs with terminated carboxylic acid werecovalently bonded to Si3N4 through a Self-Assembled Monolayers (SAMs) of the silaneamine(3- Aminopropyl) triethoxysilane (APTES). Finally anti-ochratoxin A antibodieswere immobilized on MLPs by amide bonding. Electrochemical measurements werecarried out using Mott-Schottky analysis for ochratoxin A (OTA) detection.Using application of competitive assay through immobilized fixed concentration of antigen (SA2BSA)and antibody (Ab 155) respectively was measured against different concentrations of sulfa pyridine(SPY), with and without use of MLPs with carboxylic group functionality. Biosensor sensitivityincreased, when MLPs were used

Le présent manuscrit traite de l'élaboration de nanoparticules (NPs) monométalliques de Bismuth et de Fer ainsi que de l'association de ces deux éléments en NPs bimétalliques. Le choix de ces deux métaux est motivé par deux domaines d'applications, l'Energie et le Biomédical. Dans le but d'étudier les propriétés physiques d'une assemblée de nano-objets de Bismuth, le premier chapitre de ce manuscrit porte sur l'élaboration de NPs de diamètre inférieur à 10 nm. Deux voies de synthèse sont développées, mettant en jeu la réduction d'un complexe de Bismuth à température ambiante via un réducteur fort, le radical anion du naphtalène & à haute température via un réducteur doux, l'hexadecylamine. Les mécanismes réactionnels impliqués dans la formation des NPs de Bismuth ainsi que leur chimie de surface sont étudiés par spectroscopie Infra-Rouge (IR), Résonance Magnétique Nucléaire (RMN), Diffusion des Rayons X aux grands angles (WAXS) & Absorption des Rayons X (XAS). Les propriétés physiques des NPs sont appréhendées par l'étude de leurs propriétés de transport électronique et de leurs propriétés d'atténuation des rayons X. Le deuxième Chapitre est consacré à la synthèse de NPs de Fer dans les mêmes conditions de réduction. Le comportement magnétique des NPs obtenues, de taille inférieure à 2 nm et de structure polytétraédrique, est décrit. Finalement, une étude modèle, portant sur le transfert dans l'eau de NPs de Fer de 13 nm de diamètre et sur l'étude de leurs propriétés de relaxivité y est rapportée. Le dernier chapitre ouvre vers le développement d'agents de contraste bimodaux, notamment des sondes alliant les propriétés magnétiques du Fer pour l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) et la forte Atténuation des Rayons X du Bismuth pour l'imagerie par Rayons X. Une méthode de synthèse de NPs cœur-coquille de Bi@Fe de 25 nm est décrite. Des études de spectroscopie RMN, WAXS, HRTEM & Spectroscopie Mössbauer permettent une approche du mécanisme complexe de cette réaction. De premiers tests qualitatifs en IRM & Atténuation des rayons X ouvrent de belles perspectives pour ce type de sondes bifonctionnelles dans le domaine médical. / This manuscript reports the design of Bismuth & Iron monometallic nanoparticles (NPs) and their combination in bimetallic NPs. The choice of these metals is motivated by potential applications in Energy & Biomedical fields. In order to study the physical properties of an assembly of Bismuth NPs, the first chapter of this thesis is focused on the synthesis of Bismuth NPs below 10 nm size-diameter. A Bismuth complex is reduced by a strong reducing agent, the naphthalenide radical anion, at low temperature or by a soft reducing agent at high temperature, an alkylamine. Infra-Red spectroscopy (IR), Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Wide Angle X-ray Scattering (WAXS) & X-Ray Absorption (XAS) are used to understand the mechanisms of the reaction & the surface chemistry of the Bismuth NPs. The second chapter is devoted to the synthesis of Iron NPs by the same reduction methods. The magnetic properties of the NPs obtained, with sizes below 2 nm and polytetrahedral structure, are described. A model study based on the transfer into water of 13 nm large Iron NPs is described, and their relaxometric properties are reported. The last chapter opens the way to multimodal contrast agents, combining the magnetic properties of Iron for Magnetic Resonance Imaging (MRI) & X-Ray Absorption properties of Bismuth for X-Ray imaging. A synthesis method affording 25nm size-diameter core-shell Bi@Fe NPs is developed. The mechanism of the reaction followed by NMR, TEM, WAXS & Mössbauer spectroscopy reveals the multiple steps of the formation of the NPs. First qualitative MRI & X-Ray attenuation tests open interesting perspectives for such bimodal probes in nanomedicine.

L’objectif des travaux de cette thèse est la réalisation de capteurs magnétiques à ondes élastiques de surface (SAW). Nos études réalisées dans ce cadre se sont focalisées sur la modélisation et la réalisation de dispositifs magnéto-élastique SAW à base de structures multicouches sensibles au champ magnétique. Une géométrie multicouche offrant plusieurs degrés de libertés permettant d’agir sur les performances du capteur a été considérée. La configuration de cette structure est : Substrat piézoélectrique/électrodes interdigitées/Couche isolante/Couche sensible magnéto-élastique. Les différents paramètres de la structure, notamment les épaisseurs des différentes couches et leurs natures ont été optimisées théoriquement au regard du facteur de qualité, du facteur de couplage électromécanique et de la sensibilité au champ magnétique. Des dispositifs utilisant les configurations optimales ont été réalisés et caractérisés et leurs performances comparées au prédiction théoriques. Nous avons montré que le capteur peut être conçu pour répondre aux besoins de l’application en ce qui concerne la gamme de l’intensité du champ à mesurer et de la sensibilité visée. Ainsi le CoFeB utilisé comme couche sensible magnéto-élastique permet une meilleure sensibilité mais sur une étendue étroite du champ magnétique alors que le nickel permet d’étendre la gamme de mesure mais avec moins de sensibilité. Nous avons également montré que l’utilisation comme couche isolante de matériau dur comme l’alumine permet une meilleure sensibilité. Cette sensibilité est également fortement augmentée pour un fonctionnement à hautes fréquences / The aim of this Ph.D. Thesis is to study piezo-magnetic surface acoustic wave (SAW) sensor. Accurate and fully coupled physical model was numerically implemented in order to investigate the sensitivity of SAW devices using the magneto-elastic interaction with an external magnetic field. The different parameters of the structure, including the thicknesses of the various layers and their natures were theoretically optimized with regard to the quality factor, the electromechanical coupling factor and the sensitivity to the magnetic field. Devices using the optimal settings have been made and characterized, and their performance compared to the theoretical prediction. We have shown that the sensor can be designed to meet the needs of the application as regards the range of the field strength to be measured and the target sensitivity. Thus the CoFeB used as magneto-elastic sensitive layer provides better sensitivity but on a narrow stretch of the magnetic field while the nickel expands the measurement range but with less sensitivity. We have also shown that the use of hard material as insulating layer, such as alumina, allows better sensitivity. This sensitivity is also greatly increased when the sensor is operating at high frequencies

Les structures G-quadruplexes (G4) sont considérées comme des obstacles qui s’opposent à la progression du réplisome. Les séquences capables de former des G4 dans le génome humain se trouvent dans les régions d’ADN double brin au niveau des oncogènes et des proto-oncongènes et sur l’extrémité simple brin des télomères. La plupart des études biochimiques et biophysiques ont caractérisé les propriétés thermodynamiques des G4 en utilisant par exemple la température de fusion Tm pour déduire la thermodynamique de la formation/résolution du G4. Cependant, les expériences en solution donnent seulement une information indirecte concernant la dynamique du G4. Dans ce travail de thèse en molécule unique utilisant la technique des pinces magnétiques, nous avons pu caractériser la cinétique de la formation et résolution des G4s ainsi que la stabilité d’une structure G4 insérée dans une région d’ADN double brin : une situation qui ressemble aux G4 dans les promoteurs de gènes, où la séquence complémentaire est en compétition avec la formation de la structure de G4. Nous avons trouvé que le G4 télomérique a une très courte durée de vie (~20 s) et donc ce G4 se résout sans qu’une hélicase soit nécessaire. Au contraire, ce n’est pas le cas pour le G4 du c-MYC qui est très stable (~2h). Nous avons observé en temps réel la collision entre les hélicases et les polymérases et le G4 du c-MYC. Nous avons trouvé que l’hélicase Pif1 ouvre l’ADN puis résout le G4 après avoir effectué une pause et reprend l’ouverture de l’ADN, alors que l’hélicase RecQ et l’hélicase réplicative du bactériophage T4 ne peuvent pas le résoudre, mais peuvent le sauter. Nous avons aussi trouvé que la RPA ne peut pas résoudre le G4 du c-MYC. D’autre part, nous avons observé que la polyémrase du virus T4, la gp43, ainsi que la polymérase de T7, et la polymérase ε de la levure peuvent répliquer le G4 du c-MYC qui de façon étonnante ne constitue pas une barrière infranchissable. / G-quadruplex (G4) structures are considered as the major impediments for the replisome progression. The putative G4 forming sequences in the human genome are mostly located in the double-stranded DNA regions of oncogenes and proto-oncogenes and on the single-stranded overhangs of telomeres. Most of the biochemical and biophysical studies have characterized the G4 thermodynamics properties using melting temperature Tm as a proxy to infer thermodynamics of G4 folding/unfolding energetic. However, these thermodynamics properties give only indirect information about G4 dynamics. In this work, using single molecule magnetic tweezers technique, we first characterize the kinetics of folding and unfolding and thus the stability of a single G4 inserted in a dsDNA: a situation that mimics the G4s in promoters, where the complementary sequence competes with the G-rich structure. We find that the lifetime of telomeric G4 is short (~20 s) and thus that this G4 unfolds without the need of a helicase. This is not the case for the very stable c-MYC G4 (~2 hr). We observe in real time how helicases or polymerases behave as they collide with the c-MYC G4 on their track. We find that the Pif1 helicase unwinds dsDNA, resolves this G4 after pausing and resume unwinding, while RecQ helicase and the bacteriophage T4 replicative helicase do not resolve the G4 but may jump it. We also find that RPA does not unfold the c-MYC G4. Besides, we find that T4 bacteriophage gp43 polymerase, T7 polymerase and Yeast Pol ε can replicate the G4 which surprisingly does not appear as a major roadblock for them.

Ces travaux de thèse consistent à élaborer des nanocomposites Polyaniline/hexaferrite pour l’absorption des micro-ondes. L’idée principale est la mise en œuvre de matériaux composites à base de polymères conducteurs intrinsèques telle la Polyaniline que nous avons dopée avec différents types d’acides (HCl, CSA, NSA et TSA…) et l’hexaferrite de baryum de type magnétoplombite (M) stœchiométrique ou substitué. Au niveau de l’hexaferrite de baryum, la substitution du Fe3+ s’est faite par les ions Al3+, Bi3+, Cr3+ et Mn3+.L’hexaferrite de baryum et les hexaferrites substitués par les différents ions cités ci-dessus ont été synthétisés par voie hydrothermale dynamique en faisant varier divers paramètres au cours de la synthèse (pH, température, temps, rapport [OH-]/[NO3-]…).L’élaboration des composites Polyaniline/hexaferrite (pur ou substitués) a été effectuée par polymérisation oxydative en utilisant plusieurs techniques de synthèse : la polymérisation chimique en solution (en tenant compte de la nature de l’acide utilisé) avec ou sans agitation (Aqueous-Based Polymerization with or without stirring) et la polymérisation oxydative par voie solide (Solid-Based Polymerization). L’optimisation de ces différentes techniques de synthèse après caractérisations physicochimiques (DRX, FTIR, ATG, MEB, EDX), diélectriques (ε’, ε’’, σdc) et magnétiques (Mr, Ms, Hc, Tc, µ’, µ’’) des échantillons, a montré que la polymérisation par voie solide se trouve la méthode la plus facile, économique et respectueuse de l’environnement. Elle est aussi adaptée à la production du composite Pani/BaFe12O19 avec de bonnes propriétés structurales, physiques et magnétiques. L’étude de la substitution du Fe3+ dans le BaFe12O19 par Al3+, Bi3+, Cr3+ et Mn3+ a montré une forte dépendance des propriétés structurales et magnétiques avec la distribution de ces ions dans la maille cristalline hexagonale. En effet, les ions Al3+, Cr3+ et Mn3+ ont une tendance à occuper les sites tétraédriques, alors que le Bi3+ occupe les sites octaédriques. Une augmentation de Hc associée à la taille des cristallites a été observée pour les particules substituées avec l'Al et le Cr alors qu’une modification de l'anisotropie magnetocristalline (fort terme d'ordre supérieur) a été mise en évidence pour les substitutions Bi et Mn, dû à leur grand rayon ionique. L’incorporation des hexaferrites substitués dans la Polyaniline pour obtenir des composites Pani/BaMeFe11O19, où Me = Al, Bi, Cr et Mn, révèle une variation des propriétés électromagnétiques dans la gamme de fréquences allant de 1 à 18 GHz. En effet, ces variations sont dues à la formation de dipôles entre l’ion de substitution et les cations O2- dans le ferrite qui sont responsables de la résonance ferromagnétique, de l'anisotropie magnétocristalline et des interactions avec la matrice polymérique. Le composite Pani/BaFe12O19 présente des absorptions dans la bande X qui se déplacent vers la bande Ku avec la substitution du fer confirmant / This thesis deals with the formulation of Polyaniline/hexaferrite nanocomposite for absorbing electromagnetic waves. The main idea is the process of composite materials based on polymers intrinsic conductors such as polyaniline that we doped with different types of acids (HCl, CSA, NSA, and ... TSA) and barium hexaferrite with magnetoplumbite structure with or without substitution according to desired stoichiometries. In the barium hexaferrite, the substitution of Fe 3+ is made by Al3+, Bi3+, Cr3+ and Mn3+ ions.The barium hexaferrite and its substitutions by different ions mentioned above were synthesized dynamic hydrothermal method by varying various parameters during the synthesis (pH, temperature, time, ratio [OH-]/[NO3-] ...).The elaboration of polyaniline/hexaferrite composite (pure or substituted) was carried out by oxidative polymerization using various synthesis techniques: Aqueous-Based Polymerisation with or without agitation (taking into account the nature of the acid used) (ABP) and Solid-Based Polymerization (SBP). The optimization of these various synthesis techniques after physicochemical (XRD, FTIR, TGA, SEM, EDX), dielectric (ε ', ε' ', σdc) and magnetic (Mr, Ms, Hc, Tc, µ', µ'') characterizations of the samples showed that the solid route is the easiest method, economical and environmentally friendly. It is also suitable for the production of composite Pani/BaFe12O19 with good structural, physical and magnetic properties.The study of the substitution of Fe 3+ in the BaFe12O19 by Al3+, Bi3+, Cr3+ and Mn3+ showed a strong dependence of the structural and magnetic properties with the distribution of these ions in the hexagonal crystal lattice. In fact, Al3+, Cr3+ and Mn3+ ions tend to occupy the tetrahedral sites, while the Bi3+ favoured the octahedral sites. An increase in Hc associated with the small crystallite size observed for particles substituted with Al and Cr and the enhancement magnetocristalline anisotropy (strong higher order term) for Bi and Mn due to their high ionic radius.The incorporation of the substituted hexaferrite in the polyaniline to obtain Pani/BaMeFe11O19 composite, where Me = Al, Bi, Cr and Mn, reveals a variation in electromagnetic properties in the frequency range from 1 to 18 GHz. In fact, these variations are due to the formation of dipoles between the substituting ion and surrounding O2- cations in the ferrite which are responsible for the ferromagnetic resonance, the magnetocrystalline anisotropy and the exchange interaction with the polymer. The composite Pani/BaFe12O19 shows absorption bands at the X-band that shift to the Ku-band with the substitution of iron, confirming the potential of these materials for microwave applications.

Les nano-oscillateurs à transfert de spin sont des composants radiofréquences magnétiques non-linéaires, nanométrique, de faible consommation en énergie et accordables en fréquence. Ce sont aussi potentiellement des candidats prometteurs pour l’élaboration de larges réseaux d’oscillateurs couplés. Ces derniers peuvent être utilisés dans les architectures neuromorphiques qui nécessitent des assemblées très denses d’unités de calcul complexes imitant les neurones biologiques et comportant des connexions ajustables entre elles. L’approche neuromorphique permet de pallier aux limitations des ordinateurs actuels et de diminuer leur consommation en énergie. En effet pour résoudre des tâches cognitives telles que la reconnaissance vocale, le cerveau fonctionne bien plus efficacement en terme d’énergie qu’un ordinateur classique. Au vu du grand nombre de neurone dans le cerveau (100 milliards) une puce neuro-inspirée requière des oscillateurs de très petite taille tels que les nano-oscillateurs à transfert de spin. Récemment, une première démonstration de calcul neuromorphique avec un unique nano-oscillateur à transfert de spin a été établie. Cependant, pour aller au-delà, il faut démontrer le calcul neuromorphique avec plusieurs nano-oscillateurs et pouvoir réaliser l’apprentissage. Une difficulté majeure dans l’apprentissage des réseaux de nano-oscillateurs est qu’il faut ajuster le couplage entre eux. Dans cette thèse, en exploitant l'accordabilité en fréquence des nano-oscillateurs magnétiques, nous avons démontré expérimentalement l'apprentissage des nano-oscillateurs couplés pour classifier des voyelles prononcées avec un taux de reconnaissance de 88%. Afin de réaliser cette tache de classification, nous nous sommes inspirés de la synchronisation des taux d’activation des neurones biologiques et nous avons exploité la synchronisation des nano-oscillateurs magnétiques à des stimuli micro-ondes extérieurs. Les taux de reconnaissances observés sont dus aux fortes accordabilités et couplage intermédiaire des nano-oscillateurs utilisés. Enfin, afin de réaliser des taches plus difficiles nécessitant de larges réseaux de neurones, nous avons démontré numériquement qu’un réseau d’une centaine de nano-oscillateurs magnétiques peut être conçu avec les contraintes standards de nano-fabrication. / Spin-torque nano-oscillators are non-linear, nano-scale, low power consumption, tunable magnetic microwave oscillators which are promising candidates for building large networks of coupled oscillators. Those can be used as building blocks for neuromorphic hardware which requires high-density networks of neuron-like complex processing units coupled by tunable connections. The neuromorphic approach allows to overcome the limitation of nowadays computers and to reduce their energy consumption. Indeed, in order to perform cognitive tasks as voice recognition or image recognition, the brain is much more efficient in terms of energy consumption. Due to the large number of required neurons (100 billions), a neuromorphic chip requires very small oscillators such as spin-torque nano-oscillators to emulate neurons. Recently a first demonstration of neuromorphic computing with a single spin-torque nano-oscillator was established, allowing spoken digit recognition with state of the art performance. However, to realize more complex cognitive tasks, it is still necessary to demonstrate a very important property of neural networks: learning an iterative process through which a neural network can be trained using an initial fraction of the inputs and then adjusting internal parameters to improve its recognition or classification performance. One difficulty is that training networks of coupled nano-oscillators requires tuning the coupling between them. Here, through the high frequency tunability of spin-torque nano-oscillators, we demonstrate experimentally the learning ability of coupled nano-oscillators to classify spoken vowels with a recognition rate of 88%. To realize this classification task, we took inspiration from the synchronization of rhythmic activity of biological neurons and we leveraged the synchronization of spin-torque nano-oscillators to external microwave stimuli. The high experimental recognition rates stem from the weak-coupling regime and the high tunability of spin-torque nano-oscillators. Finally, in order to realize more difficult cognitive tasks requiring large neural networks, we show numerically that arrays of hundreds of spin-torque nano-oscillators can be designed with the constraints of standard nano-fabrication techniques.

L’objectif de la thèse est de développer un système de type jonction tunnel tout oxyde à base de La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO) où il serait possible de contrôler l’aimantation des électrodes magnétiques par des processus à faible consommation d’énergie. Des jonctions tunnel épitaxiées de LSMO/SrTiO3/LSMO ont été obtenues montrant un double renversement de l’aimantation à température ambiante et un taux de magnétorésistance de 71 % à 10 K. En exerçant une contrainte sur le LSMO par le substrat il a été possible de moduler l’anisotropie des couches magnétiques. Des anisotropies perpendiculaire ou dans le plan ont pu être obtenues. Afin de contrôler le renversement des moments magnétiques dans une des électrodes ferromagnétiques trois options ont été envisagées : l’utilisation de l’injection de spin à partir d’un métal à fort couplage spin-orbite (Pt, Ir) ou d’un oxyde contenant de tels ions (ici Ru dans SrRuO3), et l’utilisation du Bi2FeCrO6, un oxyde multiféroïque pouvant présenter un couplage magnétoélectrique. Malgré des résultats prometteurs, aucune solution n’a permis des tests sur des jonctions afin d’estimer leur efficacité. L’objectif final n’est pas encore atteint mais des avancées intéressantes ont été faites afin d’envisager des dispositifs permettant le stockage et la manipulation de l’information. / The objective of this work is to develop La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO) based all-oxide magnetic tunnel junction systems where it would be possible to control the magnetization of magnetic electrodes by low energy consumption processes. Epitaxial tunnel junctions of LSMO/SrTiO3/LSMO were obtained showing a double magnetization switching at room temperature and a magnetoresistance ratio of 71 % at 10 K. Using strain engineering, it was possible to modulate the anisotropy of the LSMO magnetic layers. Perpendicular or in plane anisotropies could be thus obtained. In order to control the reversal of the magnetic moments in one of the ferromagnetic electrodes three options were considered : the use of spin injection from a metal with a strong spin-orbit coupling (Pt, Ir) or an oxide containing this type of ions (here Ru in SrRuO3), and the use of Bi2FeCrO6 multiferroic oxide that may exhibit a magnetoelectric coupling. Despite promising results, no solution has allowed tests on junctions to be carried out to estimate their effectiveness. Although the final objective is not yet achieved, interesting progress has been made on the way to information storage and manipulation devices.