Les manganites ont été particulièrement étudiés ces dernières années pour leurs propriétés de magnétorésistance colossale (CMR) et l'effet magnétocalorique. Ces oxydes de formule chimique T1-xDxMnO3, (T: terre-rare, D: alcalino-terreux) de structure pérovskite ABO3, présentent une valence mixte Mn3+/Mn4+. Les facteurs clés qui contrôlent les propriétés physiques sont le rayon moyen du site A (), le désaccord de taille des cations du site A (quantifié par la variance σ2 et la valence mixte du manganèse. Lors de notre étude, nous nous sommes focalisés sur l'effet du désordre gelé crée par la substitution aléatoire dans le site A de la structure pérovskite. Des échantillons poly-cristallins ont été synthétisés à cette fin. Les systèmes étudiés sont La0,8Pb0,1□0,1MnO3 et La0,8Pb0,1Na0,1MnO3 de composé mère La0,8Pb0,2MnO3 et La0,7Pb0,05Na0,25MnO3 de composé mère La0,7Pb0,3MnO3. Pour les deux premiers matériaux, l'étude structurale magnétique et électrique est présentée par ce manuscrit. Cette étude a permis de montrer l'existence des clusters ferromagnétique à haute température dans le contexte de la formation de la phase de Griffiths. De plus, nous avons mis en évidence l'existence des excitations magnétiques des ondes de spin à très basses température. A partir de la variation dans la température de Curie, la variation de la constante de raideur de l'onde de spin et l'évolution de la phase de Griffiths, nous avons pu montrer que le matériau La0,8Pb0,1□0,1MnO3 présente le rayon le plus faible et σ 2 le plus élevé comparé à La0,8Pb0,1Na0,1MnO3. Cette étude à montrer que le désordre est le mécanisme influençant sur les propriétés physiques de ces matériaux. Pour le système La0,7Pb0,05Na0,25MnO3, qui présente une température de Curie élevée (au dessus de l'ambiante) les propriétés magnétique ne montrent pas un effet considérable du désordre il est considéré régi par le mécanisme du double échange. Dans ce travail, nous nous sommes aussi intéressés à l'influence du désordre sur les exposants critiques et à l'effet magnétocalorique. L'analyse montre que les exposants critiques pour La0,8Pb0,1□0,1MnO3 sont proches à ceux du modèle de Heisenberg à dimension 3, alors qu'ils sont proches de ceux de la théorie du champ moyen pour La0,8Pb0,1Na0,1MnO3. Le désordre est quantifié d'être corrélé à court-distance ou non corrélé. Pour La0,7Pb0,05Na0,25MnO3, les exposants critiques appartiennent à la classe d'universalité de Heisenberg, comme prévu théoriquement. L'étude de l'effet magnétocalorique montre des valeurs intéressantes pour la variation d'entropie magnétique et la puissance relative du froid pour La0,7Pb0,05Na0,25MnO3. De plus, le caractère inhomogène de ces trois composés est affirmé par l'étude de l'exposant locale n qui varie avec le champ magnétique pour toute la gamme de température étudié. / Manganites have been extensively studied over the past several years, a result of their displaying a colossal magnetoresistance (CMR) and the magnetocaloric effect (MCE). These materials with a perovskite structure (ABO3) are characterized by the general formula T1- xDxMnO3, (T: rare earth, D: alkaline earth), x being the doping level, the latter causing changes in the valence state of the Mn ions to maintain charge neutrality. The key parameters that control the physical properties of these oxides are the mean radius of the site A (), the size mismatch of cations of the site A (quantified by the variance σ 2) and the mixed valence of manganese. In our study, we focused on the effect of the quenched disorder created by the random substitution in the A site of the perovskite structure. Polycrystalline samples were synthesized for this purpose. The systems studied are La0,8Pb0,1□0,1MnO3 and La0,8Pb0,1Na0,1MnO3 have a parent compound La0,8Pb0,2MnO3 and La0,7Pb0,05Na0,25MnO3 with parent compound La0,7Pb0,3MnO3. For the first two materials, structural, electrical and magnetic studies are presented in this manuscript. These studies reveal the existence of ferromagnetic clusters at high temperature in the context of the formation of the Griffiths phase. In addition, we have demonstrated the existence of magnetic excitations of spin waves at very low temperature. From the variation of the Curie temperature, the variation of the stiffness constant of the spin wave and the evolution of the Griffiths phase, we have shown that the material La0,8Pb0,1□0,1MnO3 has the lowest and highest σ2 compared to La0,8Pb0,1Na0,1MnO3. These studies showed that the disorder is the mechanism influencing the physical properties of these materials. For the system, La0,7Pb0,05Na0,25MnO3, which has a high Curie temperature (above ambient) magnetic properties do not show a significant effect of the disorder, which is considered to be governed by the mechanism of double exchange. In this work, we are also interested in the influence of disorder on the critical exponents and the magnetocaloric effect. The analysis shows that the critical exponents for La0,8Pb0,1□0,1MnO3 are close to those of the Heisenberg model in three dimensions, while they are very close to those of mean field theory La0,8Pb0,1Na0,1MnO3. The disorder is quantified to be correlated with short-range or uncorrelated. For La0,7Pb0,05Na0,25MnO3, the critical exponents belong to the Heisenberg universality class, as expected theoretically. The study of magnetocaloric effect shows interesting values of the magnetic entropy change and the relative cooling power La0,7Pb0,05Na0,25MnO3. In addition, the inhomogeneous nature of these three compounds is confirmed by the study of the local exponent “n” which varies with the magnetic field for the entire temperature range studied.

Cette thèse expérimentale a permis d'étudier différents aspects des composés multiferroïques et magnétoélectriques et notamment l'influence des propriétés magnétiques sur les propriétés diélectriques et magnétoélectriques dans deux familles de composé : le trisulfure de phosphore de manganèse MnPS3 et les langasites au fer. Nous nous sommes aussi intéressés en détail aux propriétés de chiralité magnétique dynamique du composé Ba3NbFe3Si2O14 de cette dernière famille.Les langasites au fer présentent une structure cristalline non centrosymétrique et chirale. Les mesures macroscopiques d'aimantation et les expériences de diffraction de neutrons, y compris polarisés avec analyse de polarisation, ont permis de mettre en évidence une double chiralité magnétique (triangulaire et hélicoïdale). Les signatures de cette chiralité statique sont également observées dans les excitations magnétiques, notamment sous la forme d'une section efficace non nulle associée aux corrélations dynamiques antisymétriques. Ces résultats ont été interprétés à l'aide de calculs d'onde de spins conduits dans une approche linéaire. Enfin différentes échelles d'énergie ont été mises en évidence dans les fluctuations paramagnétiques avec en particulier des fluctuations magnétiques associées aux corrélations antisymétriques.Il a été mis en évidence dans le trisulfure de manganèse MnPS3 un ordre magnétique antiferromagnétique également associé à un moment toroïdal macroscopique non nul ainsi qu'un couplage magnétoélectrique non diagonal non nul. Ce couplage a été mis en évidence à l'aide d'une expérience de diffraction de neutrons polarisés avec une analyse de polarisation sphérique ce qui a permis de \og jouer\fg{} avec les domaines antiferromagnétiques de MnPS3 à l'aide de refroidissements au passage de la température de Néel sous des champs magnétique et électrique croisés. / This Phd report shows several aspects of multiferroic and magnetoelectric properties and especially the effect of magnetic properties on dielectric and magnetoelectric behavior of two families of compounds : the manganese trisulfure phosphorus MnPS3 and the iron langasite.We also present in details the magnetic dynamical chirality properties of the compound Ba3NbFe3Si2O14 of the langasite family.Iron langasites show a non centrosymetric and a chiral crystal structure. The macroscopic magnetization measurements and neutron scattering experiments, including the use of polarized neutrons and polarization analysis, have allowed to enlighten a double magnetic chirality (helical and triangular). This chirality has a signature in the magnetic excitations and notably by non zero cross sections associated to dynamical antisymmetric correlations of spins. Those results are interpreted by spin-wave calculations in a linear approach. At last, different energy scales appear in the paramagnetic fluctuations with, in particular, magnetic fluctuations associated to antisymmetric correlations.The MnPS3 manganese trisulfure compound exhibits an antiferromagnetic order with an non zero macroscopic toroidization and a non zero non diagonal magnetoelectric coupling. This coupling has been enlightened by spherical neutron polarimetry experiment. We played with antiferromagnetic domains by cooling the sample through its Néel température under crossed magnetic and electric fields.

La proximité omniprésente de l’ordre magnétique et supraconducteur dans les supraconducteurs non conventionnels implique l’importance de comprendre le magnétisme dans ces matériaux. Dans ce contexte, cette thèse porte sur l’étude du magnétisme dans trois supraconducteurs non conventionnels. Les excitations magnétiques dans le système d’oxychlorure de cuivre de l’élément léger Ca2CuO2Cl2 ont été étudiées en fonction du dopage et de la température en utilisant principalement la diffusion inélastique résonante aux rayons X. L’effet de la pression sur le magnétisme dans epsilon-fer et le beta-FeSe a été étudié en utilisant la spectroscopie d’émission des rayons X et la diffraction des neutrons sur poudre. / The ubiquitous proximity of magnetic and superconducting order in unconventional superconductors implies the importance of understanding magnetism in these materials. In this context, this thesis concerns the study of magnetism in three unconventional superconductors. The magnetic excitations in the light element copper oxychloride system Ca2CuO2Cl2 were studied as a function of doping and temperature using primarily resonant inelastic x-ray scattering. The effect of pressure on magnetism in epsilon-iron and beta-FeSe was studied using x-ray emission spectroscopy and neutron powder diffraction.

Cette thèse est consacrée à l'étude théorique du transport électronique dans les contacts atomiques magnétiques. L'objectif principal est d'expliquer la magnétorésistance anisotrope géante mesurée expérimentalement dans les jonctions à cassure de fer. Dans ce but, on a développé une méthode de calcul de la conductance des nanostructures magnétiques.<br />Le calcul est effectué en deux étapes. Dans un premier temps, la structure électronique du contact est déterminée de manière autocohérente dans une base d'orbitales atomiques spd à l'aide d'un modèle de liaisons fortes étendu au magnétisme. Les propriétés magnétiques sont décrites à l'échelle atomique par un modèle d'interaction inter-électronique. Deux modèles d'interactions sont comparés : un modèle simple de type Stoner et un modèle plus complet de type Hartree-Fock développé pour reproduire les effets de polarisation orbitale susceptibles d'apparaître au niveau du contact. En effet, dans les nanostructures unidimensionnelles, on observe une levée du blocage du moment orbital qui existe dans les cristaux cubiques en volume. Pour permettre la description de l'anisotropie magnétique du système, on prend aussi en compte le magnétisme non-colinéaire et le couplage spin-orbite.<br />Dans un second temps, les propriétés de transport électroniques du système sont déterminées dans le formalisme de Landauer. Dans cette approche, on considère que le transport est cohérent et élastique. Cette approximation est valide quand étudie un conducteur de taille atomique à basse température sous de faibles tensions. La conductance est alors directement proportionnelle à la probabilité de transmission des électrons à travers le système. Cette transmission est calculée à partir de la fonction de Green du système. <br />Cette méthode de calcul est appliquée à l'étude de la magnétorésistance anisotrope des contacts de fer. Plusieurs géométries de contact, allant du fil monoatomique parfait aux systèmes réalistes, sont comparées. Les résultats révèlent le rôle prépondérant joué par la géométrie et par la polarisation orbitale. Pour que l'anisotropie magnétique soit aussi élevée que dans les expériences, il est nécessaire que l'atome de contact soit dans une configuration de fil monoatomique. Les effets de polarisation orbitale permettent d'expliquer les deux plateaux de conductance mesurés expérimentalement. Ils sont liés à l'existence de deux états magnétiques métastables qui différent par la direction du moment orbital sur l'atome de contact.

La substitution de Si à Co dans les composés intermétalliques RCo5 induit des modifications importantes sur leurs propriétés structurales et magnétiques.<br />La limite de solubilité de Si dans RCo5 est dépendante de la température. Tous les composés RCo5-xSix étudiés ont une structure de type CaCu5 à haute température. Ils n'ont pas besoins des paires Co-Co pour stabiliser leur structure. Les atomes de Si sont localisés exclusivement sur le site cristallographique 3g dans tous les composés étudiés, quel que soit le taux de substitution ou la nature de la terre rare. Ce site a la particularité d'avoir un nombre maximal d'atomes R voisins. Le paramètre de maille c diminue avec l'augmentation du taux de substitution Si/Co.<br />Dans quelques composés avec terre rare lourds un changement de symétrie est observé : la symétrie diminué de hexagonale à orthorhombique avec la réduction de la température. Ce changement de symétrie est induit par un léger déplacement, selon la direction cristallographique [210]hexa, des atomes Co2c vers des positions plus proches des atomes R. Ce déplacement est relié à l'alignement particulier des moments magnétiques dans le plan (a, b).<br />La substitution Si/Co a une influence importante sur le magnétisme itinérant de Co et sur le magnétisme localisé de R. La température d'ordre et le moment magnétique de cobalt diminuent rapidement avec la substitution. Ces modifications sont induites par la réduction du champ d'échange et l'hybridation 3d(Co)-3p(Si). En combinant différents types de mesures magnétiques avec la diffraction des neutrons, des diagrammes de phases magnétiques des RCo5-xSix ont été élaborés.

Ce mémoire de thèse présente une étude des propriétés magnétiques de quelques oxydes lamellaires de la famille AMO2 (A=Li, Na; M=Ni, Fe, Co). Ces composés sont notamment utilisés en tant que matériaux pour électrodes positives dans les batteries lithium-ion. Les propriétés magnétiques de LiNiO2 avaient déjà fait l'objet de nombreuses études mais la grande disparité des résultats obtenus n'avait permis de dégager aucun consensus quant à la nature de son état fondamental. Le rôle joué par les degrés de liberté orbitaux sur la frustration magnétique est notamment fortement débattu. Afin d'améliorer les performances des batteries, les chimistes du solide ont de leur côté considérablement amélioré les conditions de synthèse et de caractérisations physico-chimiques au cours de ces dernières années. Il s'est révélé que l'écart à la stœchiométrie des matériaux étudiés avait des conséquences dramatiques à la fois sur les propriétés magnétiques et électrochimiques. Dans un premier temps, une étude complète des propriétés magnétiques et structurales du composé stœchiométrique NaNiO2 est présentée. Les techniques expérimentales utilisées sont la résonance électronique de spin, la diffraction neutronique, les mesures d'aimantation à hauts champs et de susceptibilité en champs faibles. NaNiO2 est un AF de type A qui présente un ordre orbital de type Ferro pour T<210°C du à l'effet Jahn-Teller coopératif des ions Ni3+ de spin S=1/2. Une étude détaillée des phases Li1-xNi1+xO2 en fonction de la concentration x nous a ensuite permis de montrer le rôle fondamental des ions Ni excédentaires qui forment des clusters magnétiques. A partir d'une détermination du signe des interactions magnétiques, nous proposons un modèle original de frustration magnétique induite par des clusters pour x petit qui rend compte de toutes les données expérimentales. La nature de l'ordre magnétique du composé lamellaire LiFeO2 a également été déterminée comme préliminaire à l'étude des effets de la substitution cationique du cobalt dans ce composé LiFeO2 ainsi que celle du fer dans LiNiO2. Nous montrons que le fer sur le site du lithium ne participe pas à la formation de clusters magnétiques. Pour chaque composé, la valeur et le signe des interactions ont été déterminés.

L'objectif de ce travail est d'explorer les possibilités offertes par les faisceaux énergétiques pour élaborer des nanoparticules magnétiques dans la silice et d'en modifier les propriétés. Des ions Co+ ont été implantés à 160 keV à 2.1016, 5.1016 et 1017 at.cm-2, à des températures de 77, 295 et 873 K. Nous avons montré la dépendance de la taille des particules avec la fluence, et de façon plus prononcée, avec la température d'implantation. Les observations en microscopie électronique à transmission (MET) révèle la présence de particules d'un diamètre de l'ordre de 1 nm pour les implantations à 2.1016 Co+.cm-2 à 77 K, et qui augmente jusqu'à 9,7 nm pour les implantations à 1017 Co+.cm-2 à 873 K. Pour ces implantations à haute température, nous observons également l'apparition de deux régions distinctes de particules. Des simulations basées sur un modèle Monte Carlo cinétique permettent de reproduire quantitativement les caractéristiques observées pour les diverses implantations. Les traitements thermiques induisent un faible mûrissement des particules. L'irradiation aux électrons à 873 K provoque un important mûrissement des particules. L'irradiation aux ions lourds à haute énergie provoque le mûrissement des particules pour des faibles fluences, et une déformation suivant la direction du faisceau incident pour les fortes fluences induisant une anisotropie magnétique. Ces modifications ont été expliquées à partir des processus similaires à ceux impliqués dans le modèle de la pointe thermique.

Ce travail de thèse présente une étude expérimentale, par magnétométrie Squid à basses températures, des propriétés de dynamique lente hors équilibre de différents systèmes magnétiques désordonnés et/ou frustrés. Dans une première partie, des verres de spin sont étudiés en tant que systèmes magnétiques désordonnés et frustrés modèles pour l'étude du vieillissement. L'accent est mis sur les phénomènes de rajeunissement et de mémoire qui apparaissent dans ces systèmes, lorsqu'ils sont soumis à des variations de température pendant leur vieillissement. Ce comportement original des verres de spin, qui les distingue notamment des matériaux vitreux plus conventionnels (verres structuraux, polymères, ...) est étudié en détail dans des échantillons d'anisotropies différentes. Une diminution de la sensibilité du vieillissement aux variations de température est observée lorsque l'anisotropie augmente et met en relief l'importance de ce paramètre pour comprendre les propriétés hors équilibre de ces systèmes. La deuxième partie de ce travail est consacrée au vieillissement de ferromagnétiques désordonnés. L'observation d'effet de rajeunissement et de mémoire dans ces systèmes est difficile à concilier avec l'idée que leur vieillissement peut être a priori bien décrit en termes de croissance de domaines. Une interprétation alternative en termes de dynamique de reconformations hiérarchiques des parois de domaines piégées par le désordre local est proposée et permet d'expliquer les observations expérimentales. Enfin, dans une dernière partie, la dynamique lente hors équilibre de systèmes antiferromagnétiques géométriquement frustrés (spins d'Heisenberg sur des réseaux kagome et pyrochlore) est étudiée dans le but de tester les effets respectifs du désordre et de la frustration sur les propriétés hors équilibre. Si le vieillissement isotherme de ces systèmes peut être bien décrit par les mêmes lois d'échelle que celles utilisés dans les verres de spin, une très faible sensibilité du vieillissement aux variations de température est observée dans ces systèmes sans désordre.

Tous les supraconducteurs à haute Tc contiennent des plans CuO2 qui gouvernent leurs propriétés physiques. Selon le dopage en porteurs dans ces plans, les cuprates passent d'un comportement antiferromagnétique/isolant à un comportement supraconducteur/métal corrélé (cas sous-dopé), puis semblent retrouver un caractère métallique et perdent progressivement la supraconductivité (cas surdopé). Il est donc important de déterminer le rôle et la nature des corrélations dans ces plans au dessus de Tc selon le dopage. Pour cela, nous avons mené des mesures par RMN dans des composés à un ou deux plans par maille, purs ou contenant des impuretés par substitution. Un « pseudogap » de spin dû à la présence de corrélations magnétiques a été mis en évidence dans le composé sous-dopé YBa2Cu3O6.6 (2 plans/maille) au dessus de Tc. Nos mesures par RMN de l'17O montrent que ce « pseudogap » existe également à q=0 dans le composé HgBa2CuO4+y (1 plan/maille). Ce pseudogap apparaît donc comme une propriété intrinsèque des plans CuO2 de ces systèmes, et ne peut être expliquée par un couplage entre plans adjacents. Nous présentons également une étude de l'effet des impuretés, des ions Zn2+, Ni2+ ou Li+ substituées en site Cu2+ des plans, sur le magnétisme des plans au dessus de Tc. La RMN de l'17O, du 7Li et des mesures par SQUID montrent que les impuretés induisent des moments magnétiques locaux dans les plans sans affecter le dopage. Les valeurs anormales observées pour ces moments peuvent être expliquées par la frustration par substitution des corrélations antiferromagnétiques. Notre approche consiste alors à considérer ces moments comme des perturbations localisées qui permettent de sonder la susceptibilité Chi'(q non nul) des plans par RMN de l'17O. La RMN sonde la polarisation des spins électroniques des plans, proportionnelle à la susceptibilité spatiale chi'(r), r étant la distance à l'impureté. Nos mesures montrent une dépendance anormale en température dans les composés sous-dopés, interprétable par la présence de corrélations magnétiques. Cette dépendance anormale disparait à plus fort dopage, indiquant une évolution d'un comportement fortement corrélé à celui d'un liquide de Fermi. Cette approche est une nouvelle méthode pour sonder chi'(q), jusque là mesurée de façon incomplète seulement par les mesures de temps de relaxation transverse.

Cette thèse porte sur l'étude de trois systèmes de spins basse dimension par diffraction et diffusion inélastique de neutrons. Dans le composé DMACuCl3, les mesures macroscopiques semblent indiquer la coexistence de deux types de dimères : antiferromagnétique et ferromagnétique. Une étude par diffraction nous a permis de déterminer sa structure magnétique en champ nul qui prouve l'existence des deux dimères de manière irrévocable. Il a été montré que le composé de type Ising BaCo2V2O8 serait le premier système présentant un ordre magnétique incommensurable longitudinal (ICL) sous champ. Tout d'abord, nous avons déterminé la structure magnétique en champ nul. Ensuite, nous avons suivi l'évolution du vecteur de propagation en fonction du champ magnétique caractérisant ainsi l'entrée dans la phase ICL à Hc = 3.9 T. La détermination de l'ordre magnétique de la phase ICL confirme que BaCo2V2O8 est le premier composé présentant un ordre magnétique colinéaire à la direction du champ. Il a été montré que le composé organique DF5PNN est bien décrit à basse température par des chaînes de spins à couplages alternés. Or la structure cristallographique connue à température ambiante implique des couplages uniformes. Notre étude par diffraction montre l'existence d'une transition structurale à basse température (Tc = 450 mK) faisant passer du groupe d'espace C2/c à Pc, et expliquant la nature alternée des interactions. Nous avons également caractérisé une transition structurale induite sous champ (Hc = 1.1 T) faisant revenir le groupe d'espace à C2/c. Cette transition implique un retour à l'uniformité des échanges, ce que nous avons confirmé en étudiant les excitations magnétiques.