Nous avons étudié la dynamique de spins de Mn dans des boîtes et des puits quantiques magnétiques II-VI, et mis en évidence que la dynamique complexe de ces Mn est régie par leur couplage avec les différentes excitations du solide. L'influence de l'environnement a notamment été explorée en fonction de la dimensionnalité des structures étudiées, de leur concentration en Mn ou du champ magnétique appliqué. Nous avons montré qu'en fonction de la valeur de ces variables, le couplage d'une des excitations du solide avec les Mn prend généralement le pas sur les autres. Grâce à des études de micro-spectroscopie magnéto-optique de boîtes quantiques magnétiques, nous avons d'abord mis en exergue l'influence des porteurs photocréés au voisinage des boîtes sur la dynamique des Mn. Ces porteurs génèrent un effet de chauffage des Mn via un mécanisme de flip-flop entre porteurs et Mn, contrôlé par une boucle de rétroaction positive. De plus, cet effet est d'autant plus important que le champ magnétique et la concentration en Mn sont faibles et que les dimensions du système sont petites. Ensuite, le développement expérimental d'une technique de "fort" champ magnétique pulsé nous a permis de sonder optiquement la dynamique des Mn dans des puits quantiques magnétiques. Ceci a permis d'observer une dynamique très rapide des Mn, en champ magnétique nul ou au voisinage, et à faible concentration en Mn. Cette dynamique, encore mal comprise, semblerait être liée à l'évolution, pendant l'impulsion de champ, de Mn isolés dont la structure énergétique interne est complexe à cause de l'interaction hyperfine et des contraintes.

Dans les supraconducteurs à haute température critique présentant un ancrage fort des vortex, le changement des propriétés de cisaillement de vortex est un mécanisme plausible pour la disparition de la résistance électrique linéaire à la transition du liquide de vortex vers le solide de vortex. Une signature certaine d'une éventuelle transition de phase liée au piégeage des lignes de flux est l'observation d'une divergence de la viscosité de cisaillement du liquide de vortex, en refroidissant. Afin de mesurer directement cette grandeur, une géométrie confinée composée de canaux séparés par des parois à ancrage fort est façonnée par irradiation avec des ions lourds dans des monocristaux de $Bi_{2}Sr_{2}CaCu_{2}O_{8}$, préalablement triés pour éviter la présence de défauts macroscopiques. La fabrication réussie de ces couloirs, d'une largeur de 20 $\mu$m, a été mis en évidence par imagerie magnéto-optique. L'écoulement des lignes de flux dans les couloirs a été mesuré à travers des mesures de transport électrique effectuées sous champ magnétique de très faible champ, de l'ordre de la centaine de Gauss. Les données de résistance peuvent être décrites également bien par la théorie de Nelson et Halperin pour la densité de défauts topologiques dans un liquide bidimensionnel de vortex, comme par des lois de puissance, dérivées dans le cadre d'un modèle du verre de vortex. Les données suggèrent que le liquide de vortex se comporte comme un liquide de lignes droites (rectilignes), dont les défauts topologiques traversent le supraconducteur d'une surface à l'autre. D'autre part, l'analogie avec des expériences récentes en matière molle établissant la similitude entre le "jamming" dans l'écoulement de particules dans un canal étroit et la transition vitreuse.

Ce travail rend compte de l'étude de l'oxyde magnétique dilué CeO2 dopé au cobalt et de nano-particules de cobalt dans TiO2-delta. Ces<br />dernières sont entièrement métalliques et présentent des propriétés de magnéto-transport intéressantes. Les couches minces de (Ce,Co)O2 sont texturées sur Si et épitaxiées sur SrTiO3. Celles élaborées sous vide sont ferromagnétiques avec une anisotropie magnétique et un axe facile perpendiculaire à la surface. Celles élaborées ou recuites sous O2 sont beaucoup plus faiblement ferromagnétiques et leur aimantation augmente fortement après un recuit sous vide. Les propriétés magnétiques des couches minces de (Ce,Co)O2 peuvent donc être manipulées réversiblement par des recuits sous atmosphère contrôlée. Le ferromagnétisme n'est pas dû à une phase secondaire comme du cobalt métallique. Des mesures spectroscopiques indiquent que l'état ferromagnétique est<br />corrélé à une forte concentration en lacunes d'oxygène.

Les travaux présentés portent sur la corrélation entre les propriétés structurales et morphologiques de couches mince de Fe et d'alliages de Fe-Co épitaxiées sur substrat de silicium et leurs propriétés magnétique et magnéto-optique. Les études et résultats présentés dans ce mémoire sont l'aboutissement de l'utilisation d'un ensemble de compétences variées telles que la croissance de couches minces sur silicium, la caractérisation par des méthodes dites globales des propriétés structurales et cristallographiques des systèmes élaborés complétées par une approche à l'échelle nanométrique de la topologie et morphologie des surfaces par des techniques de champ proche (STM). <br />La fonction d'énergie d'anisotropie magnétique des couches minces a été étudiée à l'aide d'une nouvelle méthode de mesure par effet Kerr magnéto-optique : la méthode TBIIST (Transverse Bias Initial Inverse Susceptibility and Torque) intégrant de plus une détermination des différentes contributions magnéto-optique non linéaire en aimantation au signal Kerr. Ces dernières reflètent et traduisent la symétrie cristallographique du système étudié ainsi que les brisures de symétrie liées à la morphologie des surfaces – des interfaces (croissance d'îlots asymétriques) induites par les conditions d'élaboration des couches épitaxiées. Les propriétés d'anisotropie magnétique et magnéto-optique observées et les interprétations expérimentales ont été confortées par des modélisations, des calculs et des simulations à partir des images de topologie STM.

Ce travail s'inscrit dans la perspective d'obtenir des gaz quantiques dipolaires : condensat<br />de Bose-Einstein du 52Cr et mer de Fermi dégénérée du 53Cr. Le fort moment magnétique de 6 µB<br />dans l'état fondamental, la structure électronique en lambda et la présence d'un isotope fermionique rendent<br />en effet l'atome de chrome attractif pour des expériences d'atomes froids.<br />Le dispositif expérimental mis en place ressemble à une expérience de piégeage sur un atome<br />usuel. Néanmoins, des solutions technologiques spécifiques pour réaliser un four à haute température<br />ou générer un faisceau laser à 425,5 nm non modulé ont été adoptées. De plus, deux projets que j'ai<br />menés à bien sont détaillés : l'asservissement en température d'une cavité Fabry Perot et le système<br />d'imagerie par absorption.<br />Les pièges magnéto-optiques de 52Cr et de 53Cr obtenus contiennent respectivement 4.10^6 et<br />5.10^5 atomes pour des densités de 8.10^10 et 2,5.10^10 cm^−3. Ces deux pièges présentent des caractéristiques<br />similaires : un fort taux de collisions à deux corps de l'ordre de 5.10^−9 cm^−3.s^−1 et un taux<br />de pertes à un corps de 169 s^−1 pour le 52Cr et de 280 s^−1 pour le 53Cr dû à une desexcitation vers<br />des états métastables. Cette dernière propriété permet d'accumuler en continu 2.10^7 atomes de 52Cr<br />et 8.10^5 atomes de 53Cr dans un piège quadripolaire formé par les bobines du piège magnéto-optique.<br />La première obtention et caractérisation d'un piège magnéto-optique mixte d'un mélange 52Cr-53Cr<br />est aussi exposée.<br />L'accumulation d'atomes bosoniques métastables dans un piège optique superposé à un piège<br />magnétique linéaire est étudiée. Ce piège original permet de réaliser le premier piège optique d'atomes<br />dans des états métastables. En un temps très rapide de 100 ms, le piège optique contient 2.10^6 atomes<br />métastables avec une densité de 10^11 cm^−3. Ce résultat constitue une première étape vers l'obtention<br />d'un piège optique croisé où les atomes seront polarisés puis refroidis sous le seuil de condensation.

Ce manuscrit de thèse porte sur l'étude et la compréhension des boites quantiques InAs sur substrat InP, travail mené en collaboration avec l'université technique (TU) de Berlin en Allemagne, et l'université catholique (KU) de Leuven en Belgique, dans le cadre du réseau d'excellence européen SANDIE.<br /><br />Le chapitre 0 est une introduction détaillée à la physique des boites quantiques. Cette partie mets en évidence les motivations et les enjeux scientifiques liés à l'étude des boites quantiques, et en particulier dans le système InAs/InP. Les principes de fabrication des boites quantiques par épitaxie par jet moléculaire sont également détaillés.<br /><br />Le chapitre 1 présente une étude théorique des boites quantiques sur substrat InP. Ces boites sont tout d'abord étudiées à l'aide d'une méthode de calcul de type k•p à huit bandes. L'influence de la composition de la boite quantique (InAs ou InAsSb), ainsi que celle de l'orientation du substrat ((311)B ou (100)) sur les propriétés optiques des ces boites est ainsi analysée. Des solutions sont ainsi proposées pour l'utilisation de telles boites quantiques comme sources laser pour les applications télécom (1.5 µm), ou encore pour la détection de gaz, ou les transmissions en espace libre (entre 2 et 5 µm). <br /><br />Dans le chapitre 2, les boites quantiques sont étudiées expérimentalement. De nombreuses techniques de spectroscopie ont été utilisées (photoluminescence, magnéto-photoluminescence, spectroscopie d'absorption) afin de déterminer les constantes fondamentales de nos boites quantiques. Ainsi, le coefficient d'absorption, le rayon de Bohr de l'exciton, sa masse effective et son énergie de liaison sont mesurés dans le système InAs/InP, ainsi que les écarts énergétiques entre les états fondamentaux et excités de boites quantiques. Il est ainsi démontré expérimentalement que l'utilisation d'un alliage quaternaire InGaAsP est plus adapté pour les applications laser que l'alliage binaire InP. <br /><br />Le couplage latéral de boites quantiques est étudié à la fois expérimentalement et théoriquement dans le chapitre 3. Lorsque l'alliage quaternaire InGaAsP est utilisé avec des conditions de croissance optimisées, une très haute densité de boites quantiques peut être obtenue, avec une bonne organisation de ces boites dans le plan de croissance. Une nouvelle méthode de calcul dans l'espace réciproque a été développée afin de simuler un tel super-réseau de boites quantiques. Ces calculs prédisent qu'il peut exister un couplage latéral entre ces boites quantiques pour de si fortes densités. Des expériences de magnéto-photoluminescence, de photoluminescence et d'électroluminescence sont utilisées afin de mettre en évidence ce couplage latéral. L'influence de ce couplage sur la redistribution des porteurs de charge dans les composants laser est discutée. Il est montré qu'un régime de couplage judicieusement choisi permet d'améliorer les performances des lasers à boite quantique.<br /><br />Finalement, des expériences pompe-sonde sur les boites quantiques InAs/InP sont présentées dans le chapitre 4. Les temps de vie radiatifs des niveaux d'énergie de boites quantiques sont mesurées. Une interprétation de ces mesures est donnée en terme de durée de vie de l'exciton et du biexciton dans nos boites quantiques, et les conséquences de ces mesures sur le comportement dynamique des composants lasers à base de boites quantiques sont discutées.<br /><br />Des conclusions et des perspectives à ce travail de thèse sont enfin présentées, ainsi que la bibliographie utilisée comme support et point de départ de ce travail de thèse.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de la dynamique du retournement de l'aimantation de multicouches magnétiques par des effets magnéto-optiques : l'effet Kerr et le dichroïsme magnétique circulaire des rayons X (XMCD). Une partie de ce travail a porté sur l'étude de multicouches (Pt/Co) à anisotropie perpendiculaire couplées par échange à un antiferromagnétique. Des mesures de microscopie Kerr résolues en temps ont permis de montrer que les processus de retournement de l'aimantation dépendent fortement de la force du couplage d'échange. La présence de frustrations magnétiques à l'interface induit une augmentation de la densité de domaines inverses. De plus la densité de nucléation est plus importante lorsque le champ appliqué s'oppose au champ d'échange, cet effet est attribué à l'inhomogénéité du couplage. La seconde partie de ce travail consiste en l'étude du renversement de l'aimantation de jonctions tunnel magnétiques Co/Al2O3/FeNi déposées sur des substrat à accumulation de marches. L'évolution temporelle de la structure en domaines magnétiques est étudiée avec une technique originale, la microscopie à électrons photo-émis couplée au XMCD. Dans ces systèmes, nous avons démontré que la topographie de la tricouche joue un rôle important sur le renversement de l'aimantation. Grâce à la sélectivité chimique du XMCD, l'effet du champ de fuite des parois de domaine dans la couche de cobalt sur l'aimantation de la couche de permalloy a aussi été étudié. Nous avons montré que ce champ de fuite est suffisant pour générer des quasi-parois dans la couche de permalloy, ce qui permet un retournement de l'aimantation localement plus rapide.

Dans cette thèse nous allons présenter nos résultats sur les différentes solutions pour le gaz d'électrons dans une bicouche de graphène sous fort champ magnétique en fonction de la différence de potentiel entre les deux couches et du facteur de remplissage entier de v = -3 à v = 3. Nos résultats seront comparés aux résultats expérimentaux pour expliquer, entre autres, l'apparition de sous plateau dans la conductivité pour les états de N = O. Nos états fondamentaux furent calculés à partir de l'approximation Hartree-Fock pour prendre en compte l'interaction coulombienne. Nous avons obtenu différentes solutions que l'on peut classifier comme les phases cohérentes : inter-couche simple, inter-couche double, inter-spin simple, inter-spin double et orbitale. Le reste des solutions que nous avons trouvées sont des phases sans cohérence. Ces phases peuvent être décrites comme des ferro-aimants de pseudo-spin de Hall. Pour chacune de ces phases, nous avons calculé les modes collectifs et l'absorption électromagnétique à l'aide de la théorie "Generalized Random-Phase Approximation" (GRPA) et le gap d'excitation du système. Nous avons porté une attention particulière aux modes collectifs dans la phase orbitale qui montrent une instabilité et à montrer que cette instabilité peut être décrite par une interaction de type Dzyaloshinskii-Moriya (DM) dans un hamiltonien effectif de spin pour décrire les modes collectifs. Nous avons aussi calculé des effets magnéto-électriques en calculant le changement de polarisation de spin qui se produit en appliquant un champ électrique dans le plan des couches aux facteurs de remplissage v = ±1, ±2.

Ce travail de thèse porte sur l'élaboration et la caractérisation de jonctions tunnel magnétiques (JTM) polycristallines à barrière d'oxyde de titane de strontium, SrTiO3, qui se situe parmi les nouvelles barrières tunnel aux bandes interdites les plus étroites, recensées par la littérature. De telles barrières pourraient répondre à un besoin applicatif crucial : avoir un produit résistance x surface, RA, plus faible dans les JTM, ou à son corollaire, avoir une épaisseur de barrière plus forte à RA égal tout en conservant une magnétorésistance tunnel, TMR, élevée. De précédents travaux ont montré que le SrTiO3 présente une température de cristallisation inhabituellement basse (< 400°C) lorsqu'il est déposé par pulvérisation par faisceau d'ions (IBS) ce qui peut le rendre compatible avec les électrodes magnétiques standards constitutives des JTM. Le dépôt par IBS restant une technique pour le moins exotique au regard de l'état de l'art des JTM, nous avons dans un premier temps élaboré des JTM à barrière d'oxyde de magnésium, MgO, matériau phare de la spintronique. Cette étude a permis de mettre en avant les paramètres spécifiques à cette technique de dépôt influant sur les propriétés de transport des JTM, notamment le type d'oxydation. Dans un second temps, nous avons réalisé des JTM CoFeB/SrTiO3/CoFeB par IBS à partir d'une cible céramique de SrTiO3, en nous inspirant du travail effectué sur le MgO. Les influences de plusieurs paramètres de dépôt, d'oxydation et de recuit ont été analysées, conduisant à deux tendances opposées avec des systèmes présentant soit à une TMR élevée (18 %), soit un RA faible (2.6 Ohm.µm²). Des JTM SrTiO3 ont ensuite été nanostructurées pour la première fois et les tests électriques ont montré que les JTM ayant un bas RA présentaient un comportement ohmique alors que celles ayant une TMR élevée présentaient le comportement tunnel attendu. De plus, ces dernières présentent un claquage diélectrique intrinsèque à l'oxyde. En parallèle, des études microstructurales ont montré une qualité morphologique des JTM SrTiO3 semblable à celle des JTM MgO à l'état de l'art. Toutefois, ces observations n'ont pas permis de statuer sur le caractère cristallisé ou non des barrières en SrTiO3. Plusieurs pistes visant à déterminer la température de cristallisation du SrTiO3 dans la gamme des épaisseurs extraordinairement faibles des barrières tunnel ont été proposées.

Cette thèse porte sur la modélisation du couplage magnéto-mécanique, qui se manifeste à travers l'action de forces d'origine magnétique. Un outil de modélisation multiphysique, qui combine une formulation intégrale de volume pour le problème magnétique et une formulation éléments finis pour le problème mécanique, est développé. Dans une première partie, la résolution de problèmes magnétostatiques linéaires et non linéaires par une formulation intégrale de volume en potentiel scalaire est abordée. Les avantages et inconvénients de cette formulation sont mis en évidences, parmi lesquelles l'assemblage et le stockage de matrices pleines. Afin de palier à ces limitations, la méthode de compression par approximation en croix adaptative est utilisée afin de réduire l'espace mémoire et le temps de calcul requis. La seconde partie concerne l'implémentation du couplage magnéto-mécanique. Les méthodes des travaux virtuels et du tenseur de Maxwell sont tout d'abord mises en oeuvre dans le cadre d'une formulation intégrale de volume, afin de calculer les forces magnétiques locales et globales. La résolution du problème mécanique par la méthode des éléments finis est ensuite abordée. Un premier essai sur la modélisation d'un micro-actionneur à l'aide de l'outil développé est proposé.