Dans ce travail, nous avons utilisé deux techniques pour mesurer les champs magnétiques générés par des couches micro-structurées d'aimants au NdFeB de plusieurs micromètres d'épaisseur: la microscopie par balayage d'une sonde Hall, et la microscopie magnéto-optique (MO). Nous avons proposé et validé une nouvelle approche de la mesure 3D de champ à l'aide d'une seule sonde Hall unidirectionnelle. Nous avons démontré la faisabilité de l'imagerie MO quantitative à l'aide d'un film MO uniaxial dans un champ d'offset. Nous avons extrait de la mesure des profils de champ des informations sur la micro-structure magnétique des micro-aimants. Nous avons exploré les aspects théoriques et expérimentaux de la lévitation diamagnétique de matériaux diamagnétiques sur des réseaux intégrés de micro-aimants, et réciproquement la lévitation de micro-aimants sur des substrats diamagnétiques. Nous avons démontré expérimentalement la lévitation d'un micro-aimant d'aimantation unidirectionnelle.

La thèse traite d'un point de vue expérimental la dynamique d'aimantation induite par laser femtoseconde de nanostructures magnétiques. En premier lieu, nous nous sommes intéressés à la dynamique de spins dans des plots ferromagnétiques individuels de CoPt3 et de permalloy (le diamètre varie de 0.25 à 30 Μm). Le montage expérimental consiste en des mesures magnéto-optique Kerr pompe sonde en géométrie confocale (la résolution spatiale est 300 nm ; la résolution temporelle est 150 fs). Nous avons montré que la dynamique d'aimantation dépend fortement de la densité d'excitation laser notamment le temps de relaxation spin-réseau et la fréquence de précession. Nous avons également étudié l'expansion spatiale de la désaimantation dans un plot individuel. De plus, nous avons développé une technique d'imagerie résolue en temps permettant d'étudier le renversement d'aimantation dans des films et plots individuels de CoPt. Nous avons exploré l'effet des différents paramètres : intensité laser, champ magnétique appliqué, et la nature cristalline du substrat (alliage, multicouches) sur le renversement d'aimantation. Enfin, nous avons étudié par microscope à force magnétique la structure des domaines magnétiques induite par laser. <br />Nous avons également étudié la dynamique cohérente d'aimantation de nanoparticules magnétiques (le diamètre moyen varie de 2 à 10 nm) excitées par des impulsions laser. L'analyse de la trajectoire d'aimantation dans les trois directions de l'espace (polaire, longitudinal, transverse) après l'excitation optique (> 120 fs) nous a permis de mettre en évidence la désaimantation ultrarapide (~ 200 fs), le mouvement gyroscopique de l'aimantation (précession et l'amortissement de l'aimantation) qui précède les fluctuations super-paramagnétiques. Nous avons exploré le rôle de l'anisotropie magnétique sur la réorientation initiale de l'aimantation et nous avons montré que le damping augmente avec la diminution de la taille de particules.

La première partie de cette thèse décrit les effets magnéto-optiques (du visible aux Rayons X), les techniques de production dynamique de champ magnétique ainsi que les différents magnétomètres élaborés. Ces instruments permettent une étude sur une plage dynamique très importante de 50 ps à plusieurs heures avec une résolution spatiale jusqu'à 100 nm. Suit une partie consacrée à une présentation succincte du magnétisme et des approches théoriques de la dynamique de l'aimantation. La troisième partie est consacrée à l'étude d'un film de grenat où la dynamique est dominée par des effets de précession de l'aimantation, puis d'une multicouche Co/Pt où la dynamique est dominée par des effets d'activation thermique. Enfin la quatrième partie présente l'étude des systèmes couplés Ferro-AntiFerro Co/NiO puis une étude sur la disparition du couplage peau d'orange à haute vitesse de renversement de l'aimantation sur des tricouches Ferro-Nonmagnétique-Ferro déposées sur des substrats à accumulation de marches.

Ce mémoire présente le confinement d'atomes froids dans des pièges dipolaires mis en forme par des micro-structures gravées à la surface d'un miroir, à la manière de lentilles de Fresnel.<br />Dans la première partie, nous détaillons le dispositif expérimental que nous avons mis en place pour former un piège magnéto-optique à miroir, et donnons ses caractéristiques.<br />Dans la deuxième partie, nous décrivons les moyens théoriques, numériques et expérimentaux que nous avons utilisés pour dessiner et caractériser différents motifs de lentilles. Nous étudions alors le chargement, la température et la durée de vie des atomes de Césium capturés. Plusieurs géométries sont présentées : lentilles simples (cylindriques ou circulaires), lentille à focale variable, réseaux de lentilles.<br />Un adressage dynamique de ces derniers est démontré. Quelques perspectives sont finalement dégagées, en particulier au sujet des lentilles à focales variables et d'une possibilité d'adressage magnétique des pièges.

Cette thèse étudie deux caractéristiques de l'atome hélium métastable importantes pour le refroidissement radiatif. Dans une première partie, on mesure le taux de pertes à deux corps dans un piège magnéto-optique. Ces pertes, accentuées en présence d'une irradiation quasi-résonante, sont principalement dues aux collisions ionisantes entre deux atomes métastables. On mesure le taux de pertes en étudiant l'évolution du nombre d'atomes dans le piège magnéto-optique par observation de la fluorescence ou des ions produits par les collisions. Nous étudions aussi les variations de ce taux en fonction du désaccord des lasers piège. La deuxième partie de la thèse est consacrée à la description des expériences de mesurer les taux de transition des raies intercombinaison: 2^3P_1 vers 1^1S_0 et 2^3P_2 vers 1^1S_0. Le taux 2^3P_1 vers 1^1S_0 est mesuré en excitant une petite fraction d'atomes contenus dans un piège magnéto-optique vers l'état 2^3P_1. On observe une baisse de la durée de vie du piège magnéto-optique qui est la signature de la fuite vers l'état fondamental. Dans une deuxième expérience, on mesure le rapport des taux de transition de 2^3P_2 et 2^3P_1 vers 1^1S_0 en effectuant le rapport des flux de photons UV associés à la transition.

Les nano commutateurs magnétiques sont en cours d'étude et ils sont envisageables dans plusieurs domaines d'application comme les interrupteurs d'alimentation, les convertisseurs DC/DC...etc. Partant du besoin de modélisation et d'optimisation avec fiabilité de ces dispositifs, ces travaux de thèse se décomposent en trois axes. Axe modélisation : développement d'un modèle semi analytique pour calculer la déformation avec l'analyse de contact mécanique. Ce modèle a été introduit pour le couplage magnéto-mécanique dans le logiciel de modélisation de MEMS magnétiques MacMMems. Axe dérivation automatique de code : développement de JAP (Java Jacobian Automatic Programming) qui est un outil générique de dérivation d'algorithmes. Il a été appliqué pour le nano commutateur et a été introduit dans les outils de dimensionnement développés au G2Elab pour l'analyse de sensibilité, pour l'optimisation exploitant le Jacobien et aussi pour orienter des systèmes d'équations algébro-différentiels. Axe optimisation : mise en œuvre du modèle et des outils développés pour faire l'étude de sensibilité et l'optimisation sous contraintes de fiabilité du nano commutateur magnétique.

Les mémoires quantiques sont un élément essentiel dans le domaine de l'information quantique, en particulier pour la mise en oeuvre de communications quantiques sur de longues distances. Une mémoire quantique a pour but de stocker un état quantique de la lumière, comme par exemple un bit quantique (qubit), et de le réémettre après un délai donné. Les ensembles atomiques sont de bons candidats pour construire de telles mémoires quantiques, car il est possible d'obtenir de fort couplage lumière-matière dans le cas d'un grand nombre d'atomes. De plus, la notion d'effet collectif, qui est renforcé pour de large profondeur optique, permet en principe une efficacité de stockage proche de l'unité. Ainsi, dans cette thèse, un piège magnéto-optique de césium à forte densité optique est utilisé pour l'implémentation d'un protocole de mémoire quantique basé sur la transparence induite électromagnétiquement (EIT). Tout d'abord, le phénomène EIT est étudié à travers un critère de discrimination entre les modèles d'EIT et de séparation Autler-Townes. Nous rapportons ensuite la mise en oeuvre d'une mémoire basée sur l'EIT pour des qubits photoniques encodés en moment angulaire orbital (OAM) de la lumière. Une mémoire réversible pour des modes de Laguerre-Gauss est réalisée, et nous démontrons que la mémoire optique préserve le sens de la structure hélicoïdale au niveau du photon unique. Ensuite, une tomographie quantique complète des états réémis est effectuée, donnant des fidélités au-dessus de la limite classique. Cela montre que notre mémoire optique fonctionne dans le régime quantique. Enfin, nous présentons la mise en oeuvre du protocole dit DLCZ dans notre ensemble d'atomes froids, permettant la génération de photons uniques annoncés. Une détection homodyne nous permet de réaliser la tomographie quantique de l'état photonique ainsi créé.

Les travaux présentés dans ce mémoire constituent une contribution à la conception de méthodes systématiques pour l'analyse et la commande de systèmes périodiques et incertains. Une partie importante de cette thèse est également consacrée au contrôle d'attitude de satellites dont la dynamique se prête naturellement à une représentation sous forme de modèles périodiques soumis à des incertitudes. La première partie propose une présentation unifiée des résultats d'analyse et de synthèse de modèles périodiques et incertains à temps-discret via des méthodes basées sur des inégalités linéaires matricielles (LMI) et en s'appuyant sur la théorie de Lyapunov. Par la suite, l'accent est mis sur une nouvelle classe de correcteurs périodiques à mémoire pour lesquels l'entrée de commande est construite en utilisant l'historique des états du système conservés en mémoire. Des exemples numériques démontrent que ces nouveaux degrés de liberté permettent de repousser les limites des performances robustes. La seconde partie s'intéresse aux aspects de périodicité et de robutesse du contrôle d'attitude de satellite rencontrés notamment lors de l'utilisation des magnéto-coupleurs. Ces actionneurs s'appuient sur le champ géomagnétique variant périodiquement le long de l'orbite du satellite. Différentes stratégies de commande sont mises en oeuvre et comparées entre elles avec le souci constant de tenir compte des principales limitations des actionneurs. Cette démarche conduit à une nouvelle loi de commande périodique régulant le moment cinétique des roues à réactions sans perturber le contrôle d'attitude dont l'effort de commande est réparti sur l'ensemble des actionneurs.

La thèse porte sur la caractérisation et la modélisation d'un échantillon ferromagnétique doux de Fer-Cobalt sous stimulation mécanique vibratoire. Le banc de caractérisation permet de maîtriser l'amplitude et la fréquence de la sollicitation mécanique au travers d’actionneurs piézoélectriques. Le cycle d'hystérésis magnétique ainsi que l'amplitude des déformations mécaniques sont mesurés simultanément lorsque l'échantillon torique est sollicité en flexion longitudinale. Les résultats expérimentaux montrent une réduction importante de l'hystérésis magnétique statique. Les réductions de coercivité sont corrélées linéairement à l'amplitude des contraintes élastiques exercées sur le tore quelle que soit la fréquence mécanique des vibrations. Ces réductions, observées en présence d'une contrainte externe cyclique, sont associées à des décrochements de parois de Bloch lorsque celles-ci sont piégées par des défauts de contraintes internes. Pour interpréter ces résultats, une modélisation de l'interaction paroi - défaut est proposée à l'aide d'une approche énergétique. Les profils d'interaction énergétique entre paroi et défaut permettent alors d'exprimer la coercivité attribuée aux défauts de contrainte interne en présence d'une contrainte externe d'amplitude et/ou de direction variable(s). Le modèle met en évidence la nécessité d'explorer un grand nombre d'états mécaniques pour chaque valeur de champ magnétique. Les portées applicatives de ces travaux sont proposées à l'issue d'un bilan énergétique effectué sur le système d'excitation magnéto-mécanique. Cette étude ouvre de nouvelles voies pour des dispositifs de récupération d'énergie mécanique vibratoire ainsi que pour des systèmes de désaimantation par activation mécanique. / This study deals with the characterization and modeling of a soft ferromagnetic sample of Cobalt-Iron under vibratory mechanical stimulation. The characterization test bench allows to control the magnitude and the frequency of the mechanical solicitation through piezoelectric actuators. The magnetic hysteresis loop and the magnitude of the mechanical deformations are measured simultaneously when the ring sample is placed under longitudinal bending. The experimental results show a significant reduction of the static magnetic hysteresis. Decreases of coercivity are linearly correlated to the amplitude of elastic strain applied on the torus regardless of the mechanical vibration frequency. These reductions, observed under a cyclic external stress, are associated with the depinning of Bloch domain walls when they encounter residual stress defects. To clarify these results, a modeling of the interaction between domain wall and defect is proposed using an energy approach. Energy profiles interaction is used to express the coercivity attributed to residual stress defects in the presence of an external stress of both variable amplitude and/or variable direction(s). The model highlights the need to explore a large number of mechanical states for each magnetic field value. Finally, applications raised by this work are proposed from an energy balance analysis performed on the magneto-mechanical excitation system. This study opens new opportunities for vibratory mechanical energy harvesting devices and systems for demagnetization by mechanical activation.

Cette thèse porte sur l 'étude et le contrôle des caractéristiques de transition de phase dans les films magnétiques. Dans le cas des films pulvérisés par magnétron à base de FeRh, on a étudié l'influence de la composition et de la souche. La caractérisation magnétique, structurale et électrique a été effectuée en fonction de la position sur des films de composition graduelle. L'ajout d'un troisième élément (Pt ou Ni) a été utilisé pour décaler la température de transition. Nous avons établi qu'un changement dans les propriétés optiques se produit dans les films à base de FeRh en passant de l'état FM à l'état AFM. En étudiant la position dépendant de la température de la transition optique, nous avons pu construire un diagramme de phase du système Fe-Rh-Pt. Un tel diagramme de phase détaillé, basé sur une variation continue de composition, met en évidence une stabilité accrue (température de transition plus élevée) de la phase AFM pour une composition spécifique proche de celle équiatomique. Le contrôle de la souche du changement de phase dans les hétérostructures PMN-PT / FeRh a été étudié par des mesures de transport à l'aide des mises au point développées dans cette thèse. La température de transition pourrait être décalée de 22 K jusqu'à l'application d'un champ électrique faible (10 V ~ 0,32 kV / cm). Le changement de résistance induit par la déformation est important, ce qui est intéressant pour les applications. L'état AFM est stabilisé dans les films contraints. Le caractère anisotrope de la souche piézoélectrique joue un rôle important par rapport au changement de volume isotrope. Nous avons réussi à préparer des films de La (Fe, Si) 13 pour la première fois. Bien que les films optimaux présentent des valeurs de température de Curie, de constante de réseau, de variation d'entropie isotherme induite par le champ et d'aimantation spontanée comparables aux valeurs rapportées pour un matériau en vrac de composition similaire, elles présentent également des caractéristiques inhabituelles, c'est-à-dire des courbes M-T irréversibles et une hystérésis thermique inverse. L'élucidation de l'origine de ces effets nécessite une enquête plus approfondie / This thesis deals with the study and control of phase transition characteristics in magnetic films. In the case of FeRh-based magnetron sputtered films, the influence of both composition and strain were studied. Magnetic, structural and electrical characterization was made as a function of position on compositionally graded films. Addition of a third element (Pt or Ni) was used to shift the transition temperature. We established that a change in optical properties occurs in FeRh-based films on passing from the FM to AFM state. By studying the temperature dependent position of the optical transition, we were able to construct a phase diagram of the Fe-Rh-Pt system. Such a detailed phase diagram based on a continuous variation of composition, evidences an enhanced stability (higher transition temperature) of the AFM phase for a specific composition close to the equiatomic one. Strain control of the phase change in PMN-PT/FeRh heterostructures was investigated through transport measurements using set-ups developed in this thesis. The transition temperature could be shifted by up to 22 K upon application of a low electric field (10 V ~ 0.32 kV/cm). The strain-induced resistance change is large, which is attractive for applications. The AFM state is stabilized in strained films. The anisotropic character of the piezo-electric strain plays a significant role compared to the isotropic volume change. We succeeded in preparing films of La(Fe,Si)13 for the first time. While the optimal films show values of Curie temperature, lattice constant, field-induced isothermal entropy change and spontaneous magnetization comparable with values reported for bulk material of similar composition, they also display unusual features, i.e. irreversible M-T curves and an inverse thermal hysteresis. Elucidation of the origin of these effects requires further investigation.