Les objectifs de ce projet de maîtrise étaient (1) de comparer un groupe de patients avec AVC chronique avec des sujets contrôles au niveau de mesures cliniques et de la fonction corticospinale (testée par stimulation magnétique transcrânienne ou TMS) de la cheville parétique et (2) de tester les effets des stimulations magnétiques périphériques répétitives (rPMS) sur le muscle tibial antérieur chez ces patients au niveau du contrôle moteur de la cheville parétique et de la fonction corticospinale de ce muscle. D'abord, nous avons observé des différences cliniques et TMS importantes entre patients et contrôles, ainsi qu'entre patients avec lésion corticale et sous-corticale. Des corrélations entre les résultats TMS et cliniques indiquent un lien entre le contrôle de la cheville et la récupération de la fonction corticospinale. Ensuite, comparé à la stimulation placebo, les rPMS ont pu démontrer des améliorations au niveau du contrôle moteur de la cheville, en relation avec des changements au niveau des mesures TMS et en lien avec l'état initial du système (paramètres prédictifs d'un effet des rPMS). Ces résultats encouragent des futures études à évaluer plus en profondeur les effets des rPMS et leurs mécanismes sous-jacents.

Ce mémoire contient deux parties consacrées à deux applications des chaînes de particules magnétiques.<br />Le premier chapitre décrit la conception d'un capteur de forces intercolloïdales. Nous présentons différentes expériences permettant de caractériser les particules utilisées. Nous décrivons ensuite la réalisation du montage expérimental et le traitement des données. Enfin, nous comparons cette technique aux autres techniques.<br />Le second chapitre décrit la conception et la réalisation de nageurs à l'échelle microscopique. Nous fabriquons des filaments magnétiques flexibles en alignant des particules sous l'effet d'un champ magnétique. Les particules adjacentes sont reliées par des agents pontants. Nous avons étudié le comportement de ces filaments sous champ. Sous l'effet d'un champ magnétique oscillant, le filament se déforme : une onde se propage alors le long du filament, ce qui engendre une force propulsive, dont nous démontrons l'effet sur un nageur spermatomorphe. Enfin, nous vérifions des prédictions théoriques antérieures.

Le sujet de cette thèse est l'élaboration par épitaxie et la caractérisation de dispositifs pour l'électronique de spin, à savoir une jonction tunnel magnétique (FePt/MgO/FePt) et une hétérostructure hybride métal ferromagnétique / semiconducteur III-V (FePt/MgO/GaAs). L'approche retenue dans les deux cas a été l'utilisation d'une barrière isolante MgO et d'électrodes ferromagnétiques présentant une aimantation perpendiculaire au plan de la couche, réalisées en alliage ordonné FePt (phase L10) ; le choix de ce matériau a été adopté dans l'optique de créer des mémoires magnétiques, sa forte anisotropie permettant de stabiliser l'information magnétique.<br />Dans le cas des jonctions tunnel magnétiques, une singularisation des propriétés magnétiques de chacune des électrodes a été mise en évidence. Des caractérisations structurales du système en cours de croissance ont permis de relier ce phénomène aux contraintes épitaxiales des films minces. De façon apparemment surprenante, le découplage magnétique du dispositif n'est pas assuré dans le cas général, la forte aimantation des électrodes étant à l'origine d'un champ de fuite très important lors des renversements d'aimantation. Nous avons mis en évidence (expérimentalement et analytiquement) un effet d'épaisseur des couches influant sur le comportement magnétique général du système. Des mesures de dynamique de renversement d'aimantation ont souligné le rôle prépondérant du piégeage des parois de domaine lors des renversements d'aimantation.<br />Les systèmes hybrides FePt/MgO/GaAs ont été élaborés en tout-épitaxie en combinant différents bâtis de dépôt. Nous avons montré la faisabilité d'un système présentant de très bonnes propriétés structurales et magnétiques.

Ce travail de thèse porte sur l’étude des propriétés optiques de boites quantiques anisotropes de (Cd,Mn)Te insérées dans des nanofils de ZnTe. Les boites quantiques étudiées contenant 10% de Mn sont allongées suivant l’axe du fil ce qui tend à favoriser un état fondamental à trou léger ayant une susceptibilité de spin perpendiculaire à l’axe du fil. L’objectif principal de la thèse est l’étude de la formation du Polaron Magnétique dans ces boites et la détermination de leur anisotropie magnétique.Nous avons étudié en premier les propriétés optiques de nanofils de ZnTe et de nanofils coeurs-coquilles ZnTe/(Zn,Mg)Te. Ces études nous ont amené à modéliser les contraintes élastiques dans le cœur, dans la coquille et dans des boites allongées insérées dans les nanofils. Ce modèle nous a permis d’estimer les splittings entre les niveaux de trou lourd et de trou léger dans la boite et dans le fil.Nous avons étudié ensuite des nanofils contenant des boites magnétiques et non magnétiques par spectroscopie magnéto-optique. Dans les boites magnétiques, les interactions d’exchange entre les porteurs localisés et les spins de Mn induisent un très fort décalage Zeeman de la raie excitonique (Effet Zeeman Géant). Pour extraire des paramètres quantitatifs, nous avons combiné différentes techniques expérimentales sur le même nanofil (photo et cathodoluminescence, analyse dispersive en énergie du rayonnement X). Nous avons utilisé différentes orientations du champ magnétique pour déterminer l’anisotropie du trou dans la boite. Les valeurs expérimentales sont plus petites que les valeurs théoriques ce qui suggère un mauvais confinement du trou dans la boite.Afin d’obtenir un meilleur confinement du trou, nous avons étudié des boites de (Cd,Mn)Te entourées d’une coquille de (Zn,Mg)Te. Grace au meilleur confinement du trou, nous avons réussi à observer la formation du Polaron Magnétique excitonique. Des mesures de photoluminescence résolues en temps sur des nanofils uniques nous ont permis d’extraire l’énergie et le temps de formation du Polaron Magnétique entre 5K et 50K. La raie d’émission des boites présente un effet Zeeman géant inhabituel caractéristique d’un Polaron Magnétique à trou léger. Nous avons développé un modèle théorique pour décrire la formation du Polaron Magnétique excitonique dans les boites quantiques. Ce model, basé sur l’énergie libre et valable pour des températures et des champs magnétiques arbitraires, a été utilisé pour rendre compte de l’ensemble des données expérimentales. Ce modèle a permis de déterminer les paramètres caractéristiques du polaron magnétique à trou léger (énergie, orientation and amplitude du moment magnétique, volume d’échange, anisotropie du trou). / In this PhD work we study the optical properties of anisotropic (Cd,Mn)Te magnetic quantum dots inserted in ZnTe nanowires. The quantum dots containing typically 10% of Mn spins are elongated along the nanowire axis which tend to stabilize a light hole ground state with a spin susceptibility perpendicular to the nanowire axis. The main goal was to study the formation of exciton Magnetic Polarons in such quantum dots and to determine their magnetic anisotropy.We investigate first the optical properties of ZnTe and ZnTe/(Zn,Mg)Te core shell nanowires. We model the elastic strain profile in core-shell nanowires and in elongated quantum dots. From the strain profiles, we estimate the value of the light hole heavy hole splitting expected in the dot and in the nanowire.In a second step we study single nanowires containing magnetic and non magnetic quantum dots by magneto-optical spectroscopy. The exchange interactions between confined carriers and Mn spins induce a large Zeeman shift of the exciton line (Giant Zeeman Effect). To extract quantitative parameters, we combine different experimental techniques (photo and cathodoluminescence, energy dispersive X ray spectroscopy) on the same nanowire. We use also different magnetic field orientations in order to determine the hole anisotropy in the dot. The experimental values are smaller than the theoretical ones suggesting a weak confinement of the holes in the dot due to a small (Cd,Mn)Te/ZnTe valence band offset.In a third step we study nanowires containing (Cd,Mn)Te quantum dots surrounded by a (Zn,Mg)Te alloy. Thanks to the better hole confinement induced by the (Zn,Mg)Te alloy, the formation of exciton magnetic polarons can be observed. We perform time resolved photoluminescence studies on single nanowires in order to determine the energy and the formation time of magnetic polarons from 5K to 50K. The quantum dot emission line shows an unusual Zeeman shift, characteristic of a light hole magnetic polaron. We develop a theoretical model describing the formation of exciton magnetic polaron in quantum dots. We use this model, based on the free energy and valid for any temperature and magnetic field, to fit the whole set of experimental data. It allows us to determine the characteristic parameters of the light hole magnetic polarons (energy, orientation and magnitude of the magnetic moment, exchange volume, hole anisotropy).

Nos objectifs sont ici de comprendre comment les propriétés magnétiques de nanoparticules (NPs) sont affectées par la diminution de leur taille et par leur composition chimique, et comprendre ce qui régit leur mouvement thermophorétique et l'effet magnéto-calorique. Des ferrofluides composés de NPs de structure cœur-couronne sont synthétisés ici avec un cœur de ferrite de Mn, de Co ou de ferrite mixte Zn-Mn, recouvert d'une couronne de maghémite. Les mesures magnétiques révèlent une composition magnétique mixte conduisant à l'observation d'un exchange bias qui se manifeste par des cycles d'hystérésis décalés à basses températures. Nous comparons ce phénomène dans le cas de NPs à cœur magnétiquement dur (CoFe2O4) et à cœur magnétiquement mou (MnFe2O4). Indépendamment de la nature du cœur, ce champ d'échange augmente jusqu'à un maximum, obtenu quand le champ de refroidissement est de l'ordre de la moitié du champ d'anisotropie. Les propriétés thermophorétiques des dispersions, sondées par diffusion Rayleigh forcée, sont gouvernées par la physico-chimie du colloïde (ligand de surface, contre-ions, interactions entre NPs) indépendamment de la composition chimique et des propriétés magnétiques en champ nul. Le coefficient Soret est ici négatif (NPs thermophiles) et est relié à la compressibilité osmotique donnée par un formalisme de Carnahan-Starling effectif. On modélise la friction en régime dilué par la loi d'Einstein et en régime concentré, à l'approche de la transition vitreuse, par un modèle de Vogel-Fulcher. Les mesures de l’effet magnéto-calorique démontrent une similarité avec les matériaux commerciaux, avec une forte influence de la composition chimique du cœur. / Our objective is to understand how the magnetic properties of nanoparticles (NPs) can be affected by their size reduction and their chemical composition, and also to determine their role on their thermophoretic motion and on the magneto-caloric effect. For this purpose, aqueous ferrofluids are synthesized with core-shell NPs based on a core of Mn-ferrite, Co-ferrite and mixed Zn-Mn ferrites, coated with a maghemite shell. The magnetic measurements evidence a ferrimagnetic core, covered with disordered frozen spins (SGL), driving an exchange bias phenomenon shifting the hysteresis loops, when the system is cooled under a field Hfc. This exchange bias is measured as a function of Hfc, in samples with NPs having either a hard (CoFe2O4) or a soft (MnFe2O4) magnetic core. Whatever the nature of the magnetic core, the exchange bias field grows up to reach a maximum, always found at Hfc of the order of half of the anisotropy field. The thermophoretic properties of the dispersions, probed by Forced Rayleigh Scattering, are ruled by colloidal physico-chemical features (surface ligand, counter ions, interparticle interactions) whatever the chemical composition and the magnetic properties in zero magnetic field. The Soret coefficient is found here negative (thermophilic NPs) and is related to the osmotic compressibility, modeled by an effective Carnahan-Staring formalism. In the dilute regime, the friction follows an Einstein law, while a Vogel-Fulcher formalism describes the concentrated regime, at the approach of the glass transition. The magneto-caloric measurements demonstrate a similarity with commercial materials. They are strongly influenced by the core composition.

Ce travail a porté sur la préparation et l'étude de matériaux magnétiques fonctionnels en couches dans l'optique d'une utilisation dans des micro-systèmes magnétiques. Deux systèmes de matériaux ont été étudiés: le FePt, qui est un matériau magnétique dur, et le FeRh, qui a une transition antiferromagnétique-ferromagnétique proche de la température ambiante. Dans le cas du FePt, les influences de la concentration en Pt, de l'ajout de Cu et des traitements thermiques, sur la transition de la phase A1 désordonnée, de faible anisotropie, à la phase L10 ordonnée, de forte anisotropie, ont été étudiées. Les dépendances en température de l'aimantation spontanée et du champ d'anisotropie de la phase L10 ont été déduites de l'analyse des courbes d'aimantation. Le pic d'Hopkinson qui est lié aux processus d'aimantation de la phase L10 à l'approche de la température de Curie a été modélisé. Dans le cas du FeRh, les influences de la concentration en Rh et des traitements thermiques ont été étudiées. Une analyse thermodynamique des mesures d'aimantation et des mesures de calorimétrie différentielle a été effectuée. Enfin, des couches hybrides de FePt-FeRh ont été déposées sur des substrats pré-gravés, pour démontrer la potentialité d'utiliser le FeRh pour contrôler thermiquement le champ de fuite généré par le FePt. / The aim of this work was the preparation and study of thin films of functional magnetic materials of interest for use in magnetic micro-systems. Two material systems have been studied: FePt, which is a hard magnetic material, and FeRh, which has an antiferromagnetic - ferromagnetic transition near room temperature. For the case of FePt, the influence of the film composition, the addition of Cu, and the annealing conditions, on the transition from the disordered, low anisotropy A1 phase to the ordered, high anisotropy L10 phase has been studied. The temperature dependence of the spontaneous magnetisation and the anisotropy field of the L10 phase were deduced from an analysis of magnetisation curves. The Hopkinson peak which characterises the susceptibility of the demagnetized L10 phase close to its Curie temperature has been modelled. In the case of FeRh, the influence of film composition and annealing conditions on the antiferromagnetic - ferromagnetic transition was studied. A thermodynamic analysis of magnetisation measurements and differential calorimetry measurements has been carried out. Finally, hybrid FePt-FeRh films have been deposited on patterned wafers, to demonstrate the potential use of FeRh for the thermal control of the stray field generated by the FePt.

Ce travail a consisté à préparer des matériaux silicatés poreux à caractère stimuli-sensible à base de nanoparticules lipidiques solides (SLN) et de tensioactifs magnétiques. Plusieurs systèmes à base de tensioactifs ont été utilisés afin de synthétiser des matériaux silicatés à porosité contrôlée en utilisant des méthodes décrites dans la littérature ou mises au point au laboratoire. De différents caractères stimuli-sensible ont été introduits dans les matériaux silicatés poreux en fonction de système utilisé: les nanoparticules lipidiques solides (SLN) pour les matériaux sensible au pH et les tensioactifs magnétiques pour les matériaux sensible au champ magnétique. Premièrement, les matériaux à base de nanoparticules lipidiques solides (SLN) ont été utilisés pour la vectorisation d’un principe actif, la curcumine. La libération de la curcumine a été contrôlée en fonction de pH. Un revêtement sur la surface silice a été également employé pour mieux contrôler la libération de la curcumine. D’autre part, la sensibilité au champ magnétique a été introduite dans des silices mésoporeuses en utilisant des tensioactifs magnétiques. Leurs propriétés d’auto-assemblage (i.e. micelles, vésicules) ont été mise en évidence. Ainsi, la synthèse de matériaux silicatés poreux à caractère magnétique-sensible a été effectuées en utilisant ces tensioactifs. Enfin, les SLN magnétiques ont été préparés en combinant les SLN avec un tensioactif magnétique, qui ont été servi pour la synthèse de catalyseur à base de la silice méso-macroporeuse dopée en nanoparticules d’oxyde de fer / This work is to prepare stimuli-responsive porous silica materials based on solid lipid nanoparticles (SLN) and magnetic surfactants. To develop this study, several surfactants systems were used to synthesize silica materials with controlled porosity via protocols described in the literature or developed in the laboratory. Different stimuli-responsive characters were introduced in porous silica materials as a function of system used: solid lipid nanoparticles (SLN) for pH-sensitive and magnetic-sensitive surfactants for magnetic silica materials. First, the materials synthesized with solid lipid nanoparticles (SLN) were used for the delivery of an anti-carcinogenic drug, curcumin. A coating method on silica surface was also used to better control the release of curcumin. Secondly, the responsiveness to the magnetic field was introduced in silica materials using the magnetic surfactants. Their self-assembly properties (i.e. micelles, vesicles) were studied and their applications in the synthesis of magnetic porous silica materials were investigated. Finally, the magnetic solid lipid nanoparticles have been prepared by combining SLN with magnetic surfactants, which have been used for the synthesis of meso-macroporous silica catalyst encapsulating iron oxide nanoparticles.

La paroi de domaine magnétique est un concept essentiel à la compréhension du renversement d'aimantation dans un film ou une nanostructure magnétique, et peut être mise en jeu dans les processus d'écriture et de transmission d'une information dans un nano-dispositif. Théoriquement, nous avons mis en évidence, dans une nanostructure magnétique sans défauts, des effets de confinement sur la propagation d'une paroi sous champ magnétique et/ou sous courant polarisé en spin. Ceci a été illustré par l'étude, par microscopie magnéto-optique, de la propagation de paroi dans des films ultraminces Pt/Co/Pt à anisotropie perpendiculaire. Dans ces films, nous avons réalisé des nano-pistes lithographiées et irradiées à très faible dose par des ions hélium. Ces dispositifs se sont révélés être des systèmes modèles, idéaux pour étudier la propagation de paroi sous champ, et nous ont paru prometteurs pour l'étude de la propagation induite par transfert de spin. Pourtant, pour toute la gamme des impulsions de courant injectées dans ces pistes, aucun des effets de propagation observés expérimentalement n'a pu être attribué au transfert de spin. Au vu de l'évaluation quantitative du courant et de sa polarisation dans la couche de cobalt, ceci est justifié par un rapport défavorable entre l'échauffement par effet Joule et le transfert de spin.<br /><br />Nous avons également construit un magnétomètre Kerr polaire à haute résolution, utilisant un faisceau laser hautement focalisé, dont la résolution, la stabilité et la sensibilité exceptionnelles sont bien adaptées à l'étude de nanostructures magnétiques ultraminces à anisotropie perpendiculaire, et ce jusqu'à des dimensions largement sub-microniques.<br /><br />Enfin, nous avons étudié le renversement de l'aimantation sous champ magnétique dans un empilement de type jonction tunnel magnétique à anisotropie planaire, destiné au développement industriel de mémoires magnétiques à accès aléatoires. L'effet d'un recuit à haute température sur les propriétés magnétiques de cet empilement a été testé. En outre, dans la couche magnétique douce de la jonction tunnel, soumise à un couplage magnétique dipolaire à travers la barrière tunnel, nous avons mis en évidence une asymétrie des processus de nucléation de domaines et de propagation de parois en fonction du sens de balayage du champ, que nous avons associée à de légères inhomogénéités du champ de couplage dipolaire.

La prédiction et l'observation de très forts taux de magnétorésistance tunnel (TMR) dans des jonctions tunnel magnétiques à base de MgO a ouvert de nouvelles perspectives d'applications dans le domaine de l'électronique de spin. Ces forts taux de TMR ne peuvent s'expliquer qu'en prenant en compte la structure cristalline des électrodes et le filtrage de la barrière tunnel dépendant des symétries. <br />Un dispositif original de mesures de transport sous champ magnétique d'objets de taille nanométrique a été développé au cours de cette thèse. Il associe une électronique d'acquisition rapide et un Microscope à Force Atomique (AFM) muni d'une pointe métallique. Ce dispositif très versatile permet de contacter électriquement et d'étudier de différents types de nano-objets sans étapes compliquées de nanofabrication. <br />Ce dispositif a été utilisé pour étudier l'influence des interfaces sur le transport dans des jonctions tunnel Fe/MgO/Fe (100) cristallines obtenues par épitaxie. Deux états résonants d'interface (IRS) ont été observés pour la première fois dans ce système à 0.2eV et 1.1eV au dessus du niveau de Fermi pour les électrons minoritaires. Ces IRS modifient fortement le transport tunnel et le dominent autour de 1V avec une inversion de la TMR dynamique. Une étude en fonction de l'épaisseur de MgO a permis de trouver la symétrie dominant le transport de ces IRS.

Au cours de cette thèse, nous avons étudié l'effet des impuretés non magnétiques sur la supraconductivité de (TMTSF)2ClO4. Conformément à nos attentes, les impuretés de ReO4 remplaçant les anions ClO4 détruisent complètement la phase supraconductrice (SC), ce qui prouve que (TMTSF)2ClO4 n'est pas un supraconducteur conventionnel. L'appariement de type singulet s est alors éliminé, le paramètre d'ordre supraconducteur ne peut conserver le même signe sur toute la surface de Fermi. Cependant, notre étude ne nous permet pas de trancher entre une supraconductivité de type singulet d ou triplet f. L'ajustement par l'équation d'Abrikosov-Gorkov de la variation de la température critique en fonction du taux d'impuretés est très satisfaisant. En ajoutant plus d'impuretés, nous avons stabilisé une phase onde de densité de spin (ODS). La température caractéristique de la phase ODS augmente avec le taux d'impuretés jusqu'à 5 K au plus. Les deux phases SC et ODS sont séparées par un état métallique, il n'y a donc pas de coexistence contrairement à la transition SC-ODS dans (TMTSF)2PF6 sous pression. Nous avons aussi mesuré les champs critiques supérieurrs (HC2) selon les trois axes de (TMTSF)2ClO4 et nous les avons comparé à la limite de Pauli (Hp), valeur au-delà de laquelle une paire de Cooper de type singulet s est détruite. HC2 suivant les axes a et b dépasse largement Hp. Ce résultat est une preuve supplémentaire en faveur d'un appariement non conventionnel dans (TMTSF)2ClO4. Grâce aux mesures de magnétorésistance nous avons aussi pu mettre en évidence un confinement des électrons dans les plans (a,b) lorsque le champ magnétique est appliqué parallèlement à l'axe b'.