La déflexion majeure d'Arica, située entre 19-22° S et qui dévie l'orientation générale des structures des Andes Centrales depuis une direction péruvienne N W-SE jusqu'à une direction chilienne presque NS, est une des caractéristiques importantes de la chaîne andine. Aussi à cette latitude la croûte sud-américaine atteint une épaisseur double de la normale (-70 km). Cet épaississement crustal est à l'origine du développement de l'Altiplano, vaste plateau situé à une altitude moyenne proche de 4000 m. Pour déterminer et expliquer les mécanismes à l'origine de cet épaississement crustal et de la haute altitude de la chaîne que lui est associé plusieurs modèles ont été proposés, les uns privilégiant des processus magmatiques les autres des processus tectoniques. Le but de cette étude est d'apporter des contraintes à ces différents modèles et en particulier d'évaluer la contribution des processus tectoniques dans le soulèvement andin par l'obtention des données paléomagnétiques couvrant à la fois une vaste étendue géographique (Cordillère Occidentale du Centre et du Sud du Pérou) ainsi qu'une importante tranche d'âge (les derniers 110 Ma, qui englobe l'ensemble de l'orgenèse andine) . L'ensemble d'es résultats obtenus montre de manière claire que la marge péruvienne a subi dans son ensemble et pendant le Cénozoïque une rotation antihoraire d'environ 20°, qui se serait déroulée de manière progressive. Nos résultats montrent également l'absence de rotation de la marge péruvienne durant le Crétacé, ainsi que l'absence de rotation relative entre le Centre et le Sud du Pérou lors de la formation de la déflexion mineure d'Abancay (située vers 14° S). L'absence de grands accidents décrochants et la remarquable cohérence des résultats paléomagnétiques indiquent que les rotations antihoraires observées dans le Centre ett le Sud du Pérou correspondent à une rotation d'ensemble de la marge péruvienne depuis le Paléocène pour s'achever au Miocène supérieur. Cette rotation, dont le pivot peut être placé à la latitude de Huancabamba (vers 5° S), s'accorde avec les données géologiques qui indiquent un gradient latitudinal croissant des racourcissements du nord au sud du Pérou. Les nouvelles données paléomagnétiques que nous avons obtenues sont alors en accord avec le modèle tectonique de surrection des Andes Centrales proposé par Isacks (1988), qui fait appel à des rotations de sens opposés des marges péruvienne et nord-chilienne pour former la deflexion d'Arica actuelle. Le soulèvement des Andes Centrales peut être expliqué simplement par ces processus tectoniques sans faire appel à une contribution magmatique importante.

L'exaltation de fluorescence par un métal est de plus en plus utilisée pour augmenter la sensibilité de détection dans les systèmes utilisant la fluorescence. Au cours de ce travail de thèse, nous avons étudié ce phénomène dans des nanoparticules hybrides Métal@SiO2 possédant des émetteurs de fluorescence immobilisés sur la silice. Dans un premier temps, nous avons élaboré les nanoparticules cœur-coquille Métal@SiO2 (Métal = Au ou Ag) en utilisant différentes méthodes et en les comparant pour choisir la plus adaptée selon le diamètre du cœur métallique. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les propriétés de fluorescence exaltée des nanoparticules hybrides. Deux types d'émetteurs de fluorescence ont été sélectionnés : des nanoparticules semi-conductrices (SiC) et des fluorophores organiques (cyanine 3 et fluorescéine). Après fonctionnalisation de la silice, les émetteurs de fluorescence ont été greffés à la surface des nanoparticules Métal@SiO2. L'exaltation de leur fluorescence a été analysée en fonction de leur densité surfacique, de leur distance par rapport au cœur métallique (fixée par l'épaisseur de silice), du diamètre du cœur métallique et de la longueur d'onde d'excitation. Le facteur d'exaltation le plus important (de l'ordre de 103) a été obtenu avec une faible épaisseur de silice (10 nm) pour les nanoparticules de SiC dont le rendement quantique intrinsèque est très faible (inférieur à 1%). Enfin, la surface de nanoparticules hybrides a été fonctionnalisée avec des nanoparticules d'oxyde de fer de manière à obtenir une combinaison de propriétés optiques (fluorescentes et plasmoniques) et magnétiques à l'intérieur d'une même nanoparticule hybride.

Dans ce manuscrit, nous présentons, au moyen de simulations numériques, une analyse de la dynamique de l'aimantation dans une nano-structure, lorsque soumise au phénomène de transfert de spin. Nous nous sommes en particulier intéressés aux états de précession entretenus par le courant dans un nano-pilier, dont la signature fréquentielle peut être comparée directement aux mesures expérimentales. Deux types de calculs ont été effectués, les uns basés sur l'hypothèse macro-spin, les autres dans le cadre micromagnétique. Dans le premier cas, les simulations décrivent correctement les états excités lorsque la polarisation des électrons et le champ appliqué sont alignés avec l'axe du nano-pilier. Nous retrouvons le régime de renversement hystérétique et le régime où sont observés des états de précession de grand angle au-delà d'un courant seuil. Nous donnons une expression analytique pour les courants critiques, en bon accord avec les mesures. Le comportement de la moyenne de l'aimantation calculée dans le modèle micro-magnétique est similaire. Il révèle cependant que la distribution d'excitation est fortement inhomogène à bas courant, et qu'elle correspond aux modes propres de la couche libre. Le régime de précession dans le plan est relativement uniforme, tandis que le régime hors du plan est quant à lui très désordonné. Nous avons également examiné des systèmes où la polarisation et le champ externe ne sont pas alignés. Les calculs micromagnétiques montrent que les sauts de fréquence correspondent à des changements de la distribution d'excitation. Nous notons à la fois que les modes sont globalement plus localisés que dans le cas axial et que les résonances sont nettement plus fines. La cohérence des oscillations est assurée par des mécanismes qui ne sauraient être compris par le modèle du macro-spin. Par ailleurs le comportement de la largeur de raie estimée au voisinage du seuil d'excitation des états de précession est cohérente avec les expériences et les théories récentes. Nous proposons un modèle analytique prédisant bien le profil lorenzien des pics et la dépendance linéaire en fonction de la température de la largeur de raie calculée numériquement, même si la comparaison aux mesures reste délicate.

Les mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRAM) sont en passe de supplanter les autres formes de mémoires à accès aléatoire utilisant des états de charge électrique, et ce grâce à leurs nombreux avantages techniques : non-volatilité, rapidité, faible consommation énergétique, robustesse. Egalement, les MRAM sont prétendues insensibles aux rayonnements ionisants, ce qui n'a pas été vérifié expérimentalement jusqu'à présent. L'architecture actuelle des MRAM est basée sur l'utilisation de jonctions tunnel magnétiques (JTM). Ces MRAM peuvent présenter un inconvénient de taille, car elles sont susceptibles d'exhiber des erreurs d'adressage, en particulier lorsque l'intégration (la densité de points mémoire) est de plus en plus poussée. Le travail mené pendant cette thèse concerne ces deux points : - vérifier la fiabilité fonctionnelle des MRAM à base de JTM exposées aux rayonnements ionisants de haute énergie ; - étudier un alliage amorphe ferrimagnétique, le GdCo, susceptible d'entrer dans la composition de JTM et permettant de s'affranchir des éventuelles erreurs d'adressage par un processus d'inhibition thermique des points mémoire. Ces travaux de thèse ont démontré que les MRAM à base de JTM conservent pleinement leurs propriétés fonctionnelles lorsqu'elles sont soumises à un rayonnement ionisant intense, et que le GdCo est un matériau très intéressant du point de vue de la physique du solide et du magnétisme, que ses propriétés physiques sont très prometteuses quant à ses applications, et que son intégration dans une JTM réclame encore des évolutions technologiques.

L'objectif des travaux présentés ci-après est d'inventer de nouveaux matériaux magnétiques fonctionnels pour des applications innovantes dans le domaine du génie électrique. L'approche scientifique développée depuis les prémices de ma thèse est basée sur la compréhension des processus d'aimantation mis en jeu à l'échelle nanométrique (comportement individuel) et à l'échelle macroscopique dans des matériaux hétérogènes nanostructurés (comportement collectif). Ce travail s'appuie sur un large partenariat interdisciplinaire depuis la chimie (élaboration des matériaux, analyse structurale) jusqu'à la physique (processus d'aimantation, interactions hyperfines, nanostructure magnétique) sans oublier l'ingénierie (mise en forme) et les industriels, sur le plan national et international. Cette démarche s'inscrit dans une logique de "bas en haut" (bottom-up en langage savant) telle qu'elle sera décrite plus loin en détails.<br />Dans un premier temps, nous tenterons de définir les concepts scientifique qui caractérisent la science des nanomatériaux dans son ensemble et de proposer une nouvelle classification des nanomatériaux. Nous ferons appel aussi bien à des théories scientifiques établies qu'à une étude étymologique aux frontières de la physique et de la sémantique. Dans un deuxième temps, nous nous livrerons à une série "d'expériences théoriques" sur le nanomagnétisme, c'est à dire que nous nous efforcerons, en partant du concept d'anisotropie aléatoire, d'introduire des concepts théoriques originaux dans la simulation des propriétés magnétiques des matériaux nanostructurés. Dans un troisième temps enfin, nous tenterons de faire une analyse critique des travaux menés jusqu'à aujourd'hui dans le domaine des matériaux nanocristallisés à partir d'un précurseur amorphe et de leurs transitions magnétiques variées à haute température (superparamagnétisme, couplages d'échange...), sur les matériaux composités doux à base de nanopoudres et sur la structure magnétique des nanoparticules. Enfin, nous tenterons d'en tirer des conclusions utiles pour l'orientation des actions futures.

Le sujet de thèse concerne l'étude de réseaux réguliers de nanofils magnétiques auto-organisés. Deux approches ont été utilisées pour la fabrication : 1) Préparation de réseaux planaires de nanofils alternés (Fe,Ag) sur Mo(110). Ce mode de croissance est attribué au caractère non miscible des deux métaux et à un mécanisme modulé de relaxation des contraintes d'épitaxie. 2) Préparation de nanofils de Fer sur une surface déjà structurée en tranchées périodiques. Ces tranchées se forment spontanément lors de la croissance homoépitaxiale d'un métal cc de W(110) (ou Mo) à température modérée. La période de la structuration unidimensionnelle est contrôlable par la température de dépôt. La deuxième étape consiste à déposer le Fer sur ce gabarit. Pour une température définie, Fe croît au fond des tranchées pour former des fils régulièrement espacés. Des réseaux de fils en trois dimensions ont aussi été fabriqués. Du point de vue magnétique, les deux systèmes présentent une forte anisotropie uniaxiale avec l'axe de facile aimantation planaire, le long des fils. A température ambiante les systèmes sont superparamagnétiques. L'évolution de la coercitivité en fonction de la température s'interprète selon un processus de renversement d'aimantation thermiquement activé par nucléation/propagation. Le renversement met en jeu plusieurs fils couplés pour le premier système et s'effectue au sein des fils individuels dans le deuxième.

Ce travail comporte deux partie, l'une de développement méthodologique, l'autre concerne l'étude ab-initio, par une méthode de spectroscopie de fragments immergés dans un bain, des composés Sr(14-x)Ca(x)Cu(24)O(41).<br /><br />Le travail méthodologique propose une généralisation et systématisation du calcul du potentiel de Madelung ainsi qu'une simplification de la méthode de calcul ab-initio permettant un gain de ressources sans perte de précision.<br /><br />L'étude des composés Sr(14-x)Ca(x)Cu(24)O(41) (x=0 et x=13.6) montre l'influence des modulations structurales incommensurables des deux sous-systèmes (chaînes et échelles de spins) sur la physique de basse énergie des composés (dimérisation, ordre anti-ferromagnétique). Des modèles t-J+V ont été déterminés à partir des calculs ab-initio en fonction des paramètre incommensurables.

Mes activités de recherche sont principalement axées sur le magnétisme de systèmes de basse dimensionnalité. J'ai travaillé particulièrement à préciser des interdépendances entre ordre structural, géométrie et magnétisme dans des nanosystèmes, souvent pour l'électronique de spin. Ce domaine de recherches, poussé par les applications potentielles en matière de mémoires et capteurs, est extrêmement actif et concurrentiel. Je me suis focalisée sur les relations entre les leviers d'action que sont les déformations épitaxiales, les champs magnétique ou électrique mais aussi un courant polarisé et l'aimantation, que celle-ci soit considérée du point de vue statique (anisotropie, structure en domaines) ou dynamique (renversement de l'aimantation...). Mon activité est essentiellement expérimentale et je dispose de compétences larges, allant de techniques usuelles dans nos laboratoires à d'autres plus rares (incluant l'utilisation des grands instruments comme le rayonnement synchrotron ou les réacteurs de neutrons) qui ont permis de lever certains verrous scientifiques. Si mon activité est expérimentale, ma motivation reste liée à un souci de compréhension et d'analyse quantitative des résultats obtenus ; de fait, je m'attache à développer les calculs ad-hoc lorsque l'interprétation des résultats n'est pas possible à la lumière de modèles existants. Depuis la fin de mes études universitaires en 1996, j'ai eu l'opportunité d'étudier, en recherche, des systèmes variés. Cette mobilité thématique reflète la mobilité géographique associée à mon parcours (thèse, postdoctorat et poste de chargée de recherche dans 3 laboratoires distincts) mais traduit aussi des choix de collaborations, contractuelles au besoin, ou développements que j'ai initiés au cours des dernières années en particulier. Ainsi, mon activité personnelle a été élargie vers des sujets prometteurs (matériaux multiferroïques, composés terres rares - métaux de transition, pour la dynamique d'aimantation et le transfert de spin), que je développe. Ce manuscrit tente de reproduire ce parcours...

La découverte récente de supraconductivité à relativement haute température (Tc,max=56K) dans les pnictures de Fer soulève des questions fondamentales sur l'origine et la nature de la supraconductivité : en particulier, la présence d'une phase antiferromagnétique à proximité de celle-ci dans leur diagramme de phase, comme dans d'autres supraconducteurs non conventionnels pose la question du lien entre magnétisme et supraconductivité.Nous nous sommes intéressés à la nature de l'état normal ainsi que des phases antiferromagnétique et supraconductrice d'un point de vue local grâce à la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) dans les pnictures de Fer. Nous avons pour cela étudié des pnictures de Fer de même composé parent BaFe2As2 pour des substitutions Co en site Fer de nature hétérovalente et réalisant un dopage électron ou bien Ru en site Fer de nature isovalente. L'état normal de ces matériaux présente des différences notables avec l'état normal des cuprates supraconducteurs : le désordre introduit par les substitutions au niveau intraplan est faible et on constate l'absence d'une phase de PseudoGap pour la susceptibilité de spin. Les diagrammes de phase sont similaires pour le Co et le Ru mais nos mesures montrent que la nature des phases antiferromagnétique et supraconductrice est en réalité qualitativement différente à l'échelle locale pour les deux types de substitution. Pour la substitution au Co réalisant un dopage électron, les phases électroniques sont homogènes et nous démontrons en particulier qu'à certains dopages, un ordre antiferromagnétique incommensurable coexiste avec la supraconductivité jusqu'à une échelle atomique, suggérant une nature itinérante du magnétisme et un état supraconducteur possédant une symétrie non conventionnelle. Pour la substitution isovalente au Ru, les phases électroniques sont inhomogènes à une échelle étonnamment faible, de l'ordre du nanomètre, mettant en jeu une coexistence entre magnétisme et supraconductivité très distribuée spatialement. Ce travail illustre la possibilité d'engendrer une phase supraconductrice non conventionnelle en déstabilisant une phase antiferromagnétique au moyen de mécanismes agissant soit dans l'espace réciproque (dopage électron), soit dans l'espace réel (substitution isovalente) et donnant lieu par ailleurs à une coexistence de ces phases de nature très différente dans les deux cas.

La récente découverte de supraconductivité dans les pnictures de fer ouvre un nouveau champ d'investigation du mécanisme d'appariement des électrons donnant lieu à des hautes températures critiques. Dans ces systèmes, le magnétisme et la supraconductivité sont des phases en compétition, où le dopage x déstabilise l'ordre magnétique au profit de l'ordre supraconducteur. Un régime de coexistence entre ces deux ordres est présent pour une certaine gamme de dopage dans le composé Ba(Fe1-xCox)2As2, que nous avons étudié par diffusion inélastique de la lumière. Nous nous sommes intéressés à l'interaction entre les degrés de liberté structuraux, magnétiques et électroniques. L'étude des excitations vibrationnelles du cristal montre le fort couplage spin-phonon, à travers le dédoublement d'un mode de phonon dans les plans fer-arsenic amplifié par l'anisotropie planaire des degrés de spin, et le fort couplage électron-phonon, via l'asymétrie significative du mode de phonon de l'arsenic. L'évolution du continuum des excitations électroniques à travers la transition magnétique et supraconductrice traduit, d'une part, l'ouverture du gap d'onde de densité de spin, et d'autre part, que le gap supraconducteur est de symétrie s-anisotrope. Après avoir identifié séparément l'impact de chacune des transitions magnétique et supraconductrice sur nos spectres, nous nous sommes intéressés au régime de coexistence entre les deux ordres. Nos résultats illustrent une compétition pour les mêmes états électroniques au niveau de Fermi entre ces deux ordres, qui s'établissent sur différentes zones de la surface de Fermi.