What if an elementary particle such as an electron had an intrinsic electric dipole moment (EDM)? Existence of such an EDM would be an indication of time-reversal symmetry violation in the laws of Physics. The Standard model of Physics is considered incomplete, and theories that go beyond the standard model predict existence of such EDM’s within experimental reach. Experiments that search for their existence serve as a test bed for these theories. Use of laser-cooled Yb atoms launched in a fountain for EDM search has been proposed earlier. This thesis describes the main experimental work on generating a continuous cold beam of Yb atoms using laser cooling. Such cold beams are ideal for performing EDM experiments and have several advantages over the more common pulsed fountain. We demonstrate two ways to achieve this (i) extracting the beam from atoms trapped in 2- dimensions and (ii) deflecting the atomic beam using 1D-optical molasses. We find that the latter method gives a longitudinal temperature of 41 mK, which is a factor of 3 better than the former one. We also demonstrate the implementation of Ramsey’s separated oscillatory field technique in a thermal beam to measure the larmor precession frequency with high precision. This serves as a first step towards implementation with cold beam. Extending the work reported here, we suggest future experiment for measuring an EDM.

Company A develops algorithms and hardware for the application of magnet tracking, to be able to use a dipole magnet as an interaction tool between humans and computers. This master thesis investigates the available magnetic sensors through a market survey and practical testing of a selection of the sensors in purpose to determine the most suitable magnetic sensor and magnetic sensor technology for the application of magnet tracking. With the most suitable sensor found in the investigation, a sensor platform is designed and manufactured. The sensor HMC5983 from Honeywell is found to be the most suitable sensor and is designed into the sensor platform, which also includes ,for instance, a wireless MCU, CC2640 from Texas Instru- ments, together with a PCB antenna and a PSU including a battery charger, BQ24075 from Texas Instruments. The most suitable mag- netic sensor technology was found to be magnetoresistive sensors. The sensor platform was designed according to the requirements and is working good enough to enable company A to start testing their algorithms for magnet tracking on the new platform.

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. / Magnetic nano switches are being studied and they are envisaged in several application areas such as power switches, DC / DC converters …etc. Hence the need for modelling and optimization with reliability of these devices, this thesis work is divided into three areas. Modelling: development of a semi analytical model to calculate the deformation with the analysis of mechanical contact. This model was introduced in the “MacMMems” software dedicated to the modelling of magnetic MEMS. Automatic differentiation : development of JAP (Java Jacobian Automatic Programming) is a generic algorithms derivation program. It has been applied to the nano switch and was introduced in G2Elab design tools for sensitivity analysis, for optimizing and also to solve differential-algebraic systems. Optimization: development the model and tools to study the sensitivity and reliability-based design optimization for magnetic nano switch.

Cette thèse avait pour objectif d'augmenter la fréquence de travail d'un multicouche magnéto-diélectrique pour des applications des Nouvelles Technologies de l'Information et de la Communication (NTIC). Ainsi, deux types de structures ont été étudiés : des multicouches (CoO=CoFeB)n et des tricouches Py/Ru/Py. Dans les empilements (CoO=CoFeB)n, la montée en fréquence est assurée par une anisotropie de surface du CoFeB induite par une rugosité orientée à la surface de la couche CoO. Cette rugosité est générée par la géométrie de dépôt. La fréquence de résonance de ce système est ajustable sur toute la gamme de fréquence des NTIC par le choix des épaisseurs de CoO et de CoFeB. Ces propriétés magnétiques sont modélisées en ajoutant à l'anisotropie intrinsèque du CoFeB un terme démagnétisant. Celui-ci est calculé à partir des observations de la surface de la couche CoO par microscopie à force atomique. Les propriétés magnétiques obtenues sur le bicouche sont maintenues dans le cas d'un multicouche, montrant que la rugosité est peu affectée par l'empilement. Dans les tricouches Py/Ru/Py, le terme s'ajoutant à l'anisotropie intrinsèque du Py est induit par le couplage des deux couches de Py via les électrons de conduction de la couche de Ru (couplage RKKY). Selon les échantillons, le terme de couplage antiferromagnétique ou quadratique est prépondérant. La modélisation du comportement statique permet de quantifier ces termes de couplage. La modélisation du comportement dynamique prédit les deux fréquences de résonance caractéristiques observées expérimentalement. / The aim of this thesis was to increase the working frequency of a magneto-dielectric multilayer for ICT applications. Two structures were studied : (CoO=CoFeB)n multilayers and Py/Ru/Py trilayer. In (CoO=CoFeB)n stacks, the CoFeB resonance frequency is increased thanks to a surface anisotropy induced by the CoO oriented roughness. This roughness is generated by the deposition geometry. The resonance frequency of this system is adjustable over the entire ICT frequency range by choosing the CoO and CoFeB thicknesses. These magnetic properties are simulated by adding a demagnetizing term to the CoFeB intrinsic volume anisotropy. This term is calculated from AFM observations of CoO surface. The magnetic properties of the bilayer are not degraded in multilayers because the roughness is poorly affected by the stacking. In trilayer Py/Ru/Py, the term added to the Py intrinsic anisotropy is induced by the coupling of the two Py layers via the conduction electrons of Ru (RKKY coupling). Depending on the samples, the quadratic or antiferromagnetic coupling term is dominant. The hysteresis loop fitting leads to the coupling terms values. The dynamic properties calculus predicts the two resonance frequencies experimentally observed.

Nous présentons une étude des effets de contrainte induits par l’épitaxie dans des couches minces La1-xSrxMnO3 (LSMO) (001) (x = 0.33) pour 3 épaisseurs de films (50, 25 et 12 nm) déposés par Ablation Laser Pulsée (PLD) sur différents substrats tels que SrTiO3 (STO) (001), STO buffered MgO (001), NdGaO3 (NGO) (110) et (LaAlO3)0.3(Sr2AlTaO6)0.7 (LSAT) (001). L’étude est complétée par l’effet de la composition sur les propriétés magnétiques de couches minces de La1-xSrxMnO3 avec x=0,33 et 0,38 déposées par Epitaxie à Jets Moléculaires (MBE). Des caractérisations par diffraction de rayons X (XRD), et microscopie à force atomique (AFM), des mesures de résistivité électrique en quatre points en fonction de la température, d’aimantation par magnetometrie à SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) et d’anisotropie magnétique par magnétométrie magnéto-optique Kerr vectorielle (MOKE) sont présentées. Les évolutions angulaires de l’anisotropie magnétique, de l’aimantation à rémanence, du champ coercitif et du champ de renversement d’aimantation ont ainsi pu être analysées pour des films épitaxiés LSMO de différentes épaisseurs. Des études en fonction de la température complètent les données. L’origine de l’anisotropie (magnétique, magnétocristalline, magnétostrictive ou liée aux effets de marches et d’angle de désorientation du substrat) est finalement discutée. / We report a quantitative analysis of thickness dependent epitaxial strain-induced effects in La1-xSrxMnO3 (LSMO) (001) (x = 0.33) thin films of thicknesses (50, 25 and 12 nm) grown on various single crystal substrates such as SrTiO3 (STO) (001), STO buffered MgO (001), NdGaO3 (NGO) (110) and (LaAlO3)0.3(Sr2AlTaO6)0.7 (LSAT) (001) by Pulsed Laser Deposition (PLD) technique. We also report the composition dependent magnetic properties of LSMO thin films with x = 0.33 and 0.38 in particular grown onto LSAT (001) substrate by Molecular Beam Epitaxy (MBE). The study mainly includes measurements such as X-ray Diffraction (XRD), Atomic Force Microscopy (AFM), temperature dependent four-probe resistivity, magnetization properties by Superconducting Quantum Interference Device (SQUID), magnetic anisotropy by Magneto-Optical Kerr Magnetometry (MOKE). Our results highlight the detailed study of angular evolution and thickness dependent magnetic anisotropy, remanence, coercivity and switching field in epitaxial LSMO thin films. Temperature-dependent studies are also performed on few selected films. We will also discuss the cause of magnetic anisotropy in LSMO films i.e., magneto-crystalline and magnetostriction anisotropy and the effects of steps or substrate mis-cut induced anisotropy.

The spin transport and dynamics of optically injected spin polarized carri- ers are studied with a high spatial and/or time resolution in semiconductor GaAs-based heterostructures in multiple transport regimes. An unexpectedly long-scale and high-speed spin diffusion transport is observed in a long-lived electron sub-system induced optically at an undoped single GaAs/AlGaAs heterointerface. A diffusion and drift-dominated spin transport is investi- gated using an electrical spin-detection via the inverse spin Hall effect in doped GaAs-based systems at room and low temperatures. It is shown that the inverse spin Hall signal and the spin transport parameters can be con- trolled by a direct application of an electric field or by expanding a depleted zone of a planar pn-junction.

The principal goal of this thesis was to provide relevant information on the spatiotemporal dynamics of erosion-sedimentation and weathering processes in the last climatic cycle and to interpret the obtained data in the context of European paleoenvironmental development. Representative sequences of loess, paleosols and lacustrine sediments from the area of the Bohemian Massif, the Carpathian Foredeep, the the Vienna Basin and the northern edge of the Panno-nian Basin were investigated using a wide range of instru-mental tools and paleontological methods. A uniform analytical approach applied to these sedimentary facies has provided ample new information about the paleoclimatolog-ical and paleoenvironmental development of East-Central Europe - an important region in the transition zone from oceanic to continental macro-climatic settings. The individu-al studies included in this PhD thesis cover the complete period of the Upper Pleistocene (MIS 5-2; ~130-12.7 ky BP) and are presented as separate chapters in the order of the superposition of strata. Chapters III/1-3 deal with the results of research into six loess/paleosol sequences (LPSs) situated in the Central Bohemian Massif, throughout the Moravian Valleys, and at the northwest and north edge of the Pannonian Basin. A detailed paleoenvironmental...

Diese Dissertation befasst sich mit der Untersuchung der maßgeblichen Herausforderungen der heutigen TMR-Präparation (tunneling magnetoresistance) für beispielsweise Magnetfeldsensor- oder auch Speichertechnologie (MRAM – magnetic random access memory). Im ersten Teil der Arbeit werden die elektronischen, strukturellen und magnetischen Eigenschaften der ferromagnetischen Elektrode eines typischen magnetischen Tunnelkontaktes, z.B. CoFeB, erforscht, wobei spektroskopische Ellipsometrie, magnetooptische Spektroskopie, Röntgendiffraktometrie und Messverfahren für den spezifischen elektrischen Widerstand zum Einsatz kommen. Weiterhin wurde der Einfluss der Temperatur einer thermischen Behandlung auf die optischen und magneto-optischen Merkmale untersucht, wobei eine starke Korrelation zwischen den beobachteten spektralen Merkmalen und der Kristallisation von CoFeB nachgewiesen wurde. Die (magneto-) optische Spektroskopie bietet somit eine zerstörungsfreie und besonders sensitive Validierungsmethode für die Dünnschichtkristallisation, die in die moderne CMOS Herstellungstechnologie integriert werden kann. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit dem lokalen Tempern unter Verwendung eines fokussierten Laserstrahls, mit dem Ziel die Referenzmagnetisierung in einem magnetischen Tunnelkontakt definiert einzustellen und die Wirkung der hierfür notwendigen thermischen Behandlung auf die übrigen Schichten im Schichtstapel zu untersuchen. Hierzu wurden zahlreiche Parameter für das laserbasierte lokale Tempern variiert, um die optimale Austauschfeldstärke im magnetischen Referenzsystem einzustellen, idealerweise ohne den gegebenen Schichtstapel zu schädigen. Schließlich wurde der Einfluss des laserbasierten Temperns (als auch des Ofentemperns) auf die Unversehrtheit der Schichten und Grenzflächen, insbesondere auf die Diffusion verschiedener Elemente, mittels Röntgen-Photoemissionsspektroskopie untersucht.

Le comportement des alliages à mémoire de forme (AMF) et des alliages à mémoire de forme magnétiques (AMFM) est régi par les mécanismes de transformation martensitique à l'échelle de la microstructure, à l'origine de leurs propriétés remarquables (mémoire de forme, superélasticité, grandes déformations associées à la réorientation martensitique sous champ magnétique). Les mécanismes de transformation et de réorientation martensitique peuvent être induits par des sollicitations thermiques, magnétiques et / ou mécaniques et de manière couplée. La mise au point d'outils de conception fiables nécessite une meilleure prédictibilité du comportement réel des alliages à mémoire de forme sous sollicitations thermo - magnéto - mécaniques complexes.Le choix d'une modélisation multiaxiale et multi échelle est pertinent. Le modèle reporté présente une formulation unifiée, permettant de simuler aussi bien le comportement des AMF que celui des AMFM.Parallèlement au développement de ce modèle, une étude expérimentale est nécessaire afin d'une part d'identifier les propriétés intrinsèques des matériaux étudiés, et d'autre part de valider les estimations de la modélisation. A cette fin, des mesures de fractions volumiques de phase par diffraction des rayons X in situ ont été entreprises lors de sollicitations thermiques (cycles de chauffage-refroidissement), mécaniques (traction, compression, essais biaxiaux) et magnétiques (champ magnétique unidirectionnel). L'exploitation des résultats de diffractométrie permet une analyse quantitative des fractions volumiques des phases en présence. Celles-ci sont comparées aux estimations du modèle à des fins de validation. / The behavior of shape memory alloys (SMA) and magnetic shape memory alloys (MSMA) is governed by the martensitic transformation mechanisms at the scale of the microstructure. This transformation is at the origin of their remarkable properties (memory effect, superelasticity, large deformations associated with the martensitic reorientation under magnetic field). The martensitic transformation and reorientation mechanisms can be induced by thermal, magnetic and / or mechanical stresses and in a coupled manner. The development of reliable design tools requires a better predictability of the actual behavior of shape memory alloys under complex thermal-magneto-mechanical loading.The choice of multiaxial and multiscale modeling is relevant. The model proposed in this work presents a unified formulation, making possible to simulate both the behavior of SMA and MSMA.In parallel with the development of this model, an experimental study is necessary in order to identify the intrinsic properties of the materials studied and to validate the estimates of the modeling. For this purpose, measurements of phase fractions by in-situ X-ray diffraction were carried out during thermal (heating-cooling cycles), mechanical (tensile, compressive, biaxial) and magnetic (unidirectional magnetic field) loadings. The diffraction patterns allow a quantitative estimation of the volume fractions of the phases. These are compared to model estimates for validation purposes.

The interplay of experiments and theory is essential to deepen our understanding of magnetization dynamics. This thesis aims to serve as a bridge between these two aspects by establishing a mathematical framework that enables the computation of optical observable quantities based on theoretical models. The equations are cast in a matrix representation that is well-suited for performing numerical simulations. Additionally, the generality of these methods enables their application to layered media with any geometry, regardless of whether they possess magnetic properties or not. Furthermore, it explores the various perspectives and physical mechanisms involved in magneto-optic measurements to provide the reader with a self consistent introduction to the subject matter. Numerical calculations are presented for bulk Fe, alternating layers of Fe/Au and Ni with a MgO coating and a SiO substrate for different energies, angle of incident and magnetization direction. The results demonstrate the effectiveness of the method in predicting measurable outcomes from theoretical considerations and enables the analysis of optimal experimental configurations. / Samverkan mellan experiment och teori är avgörande för fördjupa vår förståelse av magnetiska system och deras dynamik. Målet med denna uppsats är att etablera en koppling mellan dessa två aspekter genom att formulera ett matematiskt ramverk som möjliggör beräkningar av optiska observerbara storheter baserat på teoretiska modeller. Ekvationerna formuleras med matriser vilket är väl lämpat för att utföra numeriska simuleringar. Dessutom möjliggör metodens generella natur tillämpning på skiktade material av godtycklig geometri, oavsett om de har magnetiska egenskaper eller inte. Vidare utforskar uppsatsen olika perspektiv och fysikaliska mekanismer som är involverade i magneto-optiska mätningar för att ge läsaren en självständig introduktion till ämnet. Numeriska beräkningar presenteras för bulkjärn, växlande lager av Fe/Au och Ni med en MgO-beläggning och ett SiO-substrat för olika energier, infallsvinkel och magnetiseringsriktning. Resultaten visar på metodens förmåga att förutsäga mätbara resultat baserat på teoretiska överväganden och tillåter analys av optimala experimentella uppställningar.