Notre travail porte sur les représentations des élèves de CE2, CM1 et CM2 sur la préhistoire et Cro-Magnon en articulant des éclairages propres à la didactique de l’histoire (modèle intermédiaire d’appropriation de l’histoire) et à la psychologie sociale (théorie des représentations sociales). Nous sommes partis du postulat que les savoirs de l’histoire scolaire étaient simplifiés à l’extrême, emplis de sens commun et parfois en contradiction avec les avancées récentes de la recherche. Nous avons émis l’hypothèse que la représentation des élèves sur la préhistoire était particulièrement unifiée, sous l’influence des représentations sociales historiques et socioculturelles, malgré l’intervention de l’enseignement. Après avoir présenté le cadre théorique, nous avons réalisé une étude épistémologique historique sur la préhistoire et Cro-Magnon avec une analyse des représentations historiques à partir d’une étude bibliographique, une synthèse des analyses récentes sur les représentations de la préhistoire et une synthèse des données scientifiques actuelles sur la préhistoire. Les analyses issues de l’objet d’étude ont permis d’identifier les principaux obstacles épistémologiques et les représentations sous-jacentes. Nous avons ensuite procédé à l’analyse de données empiriques que nous avons recueillies sous plusieurs formes : des questionnaires d’évocations hiérarchisées et des questionnaires de caractérisation. Une étude plus standard à l’aide d’un questionnaire classique a complété le dispositif : ce questionnaire, distribué avant, pendant et après le cours de préhistoire pour le niveau CE2, a permis à travers une étude diachronique de mesurer l’influence de l’enseignement sur les représentations des élèves. Les résultats ont été confrontés à ceux de l’objet d’étude et ont rendu possible l’identification de représentations ainsi que les principes organisateurs de prise de position c’est-à-dire leur ancrage socioculturel. Nous avons montré que le sens attribué à l’objet de représentation sociale de la Préhistoire est le résultat d’une convergence de différents facteurs dont finalement l’enseignement n’est qu’un élément périphérique voire marginal. L’influence majeure provient des déterminants historiques et socioculturels. Le savoir scolaire de sens commun élaboré à l’issue de l’intervention de l’enseignant était proche à bien des égards du savoir prescrit parce que ce dernier est aussi, en grande partie, un savoir socioreprésenté. La distance entre savoir appris et savoir prescrit d’une part et le savoir savant d’autre part est telle qu’il est possible de parler d’une rupture épistémologique. Du point de vue méthodologique, la triangulation a montré l’intérêt et la spécificité de chaque méthode : le questionnaire classique ne permet pas d’appréhender la structuration d’une représentation mais offre de nombreuses informations nécessaires à la compréhension des données produites par les outils plus spécifiques comme les questionnaires d’évocations et de caractérisation. C’est la diversité des approches qui a permis de circonscrire le savoir de sens commun scolaire sur la préhistoire. Ce savoir est particulièrement homogène car il est en grande partie socialement partagé et historiquement transmis. Il est aussi le résultat de la position que chaque élève occupe dans le champ social et culturel : cette position contribue selon les variables en jeu à sa structuration. Il s’agit d’un savoir socioreprésenté plutôt qu’un savoir socioconstruit car au final l’influence de la pensée sociale est prépondérante face à l’absence d’un apport constructiviste qui aurait pu « élever » et « stabiliser » la pensée de sens commun vers une pensée plus rationnelle dite « pensée historienne scolaire ». La discipline savante de référence de la préhistoire, l’archéologie, nous semble être la ressource idéale dans laquelle puiser pour la mise en œuvre d’une pédagogie socioconstructiviste qui favoriserait le développement d’un mode de pensée rationnel. / Our work focuses on the representations of pupils in French school levels of “CE2”, “CM1” and “CM2” on prehistory and Cro-Magnon by articulating insights specific to the didactics of History (intermediate model of the appropriation of History) and social psychology (theory of social representations).We started from the principle that knowledge in History acquired at school was simplified to the extreme, full of common sense and sometimes in contradiction with the recent advances in prehistoric research. By doing so, school knowledge would be a socio-represented academic knowledge rather than a school knowledge socio-built essentially of educated RS. We made assumptions that pupils representations on prehistory was particularly unified under the influence of historical and socio-cultural social representations, despite the intervention of education. The programs and especially the manuals themselves filled with social representations would promote social thinking at the expense of a controlled historical thinking.We focused on methodological triangulation and conducted several types of analysis in order to confront them. After presenting the theoretical framework, we conducted a historical epistemological study on prehistory and Cro-Magnon with an analysis of historical representations from a bibliographic review, a synthesis of recent analyzes of representations of prehistory and a synthesis of current scientific data on prehistory. Analyses from the object of study identified the main epistemological obstacles and the underlying representations.We then proceeded to the analysis of empirical data that was collected in several ways: prioritized evocations questionnaires and characterization questionnaires. A more standard study using a classic questionnaire completed the device/scheme: this questionnaire distributed before, during and after the prehistory lesson for the CE2 level, enabled through a diachronic study to measure the influence of teaching on the pupils representations.The results were compared with those of the object of study and have made possible the identification of representations as well as the organizing principles of position statements, that is to say, their socio-cultural anchor.We showed that the meaning attributed to the object of social representation of Prehistory is the result of a confluence of factors where, in the end, teaching is only a marginal or a peripheral element. The major influence comes from the historical and sociocultural determinants. School knowledge of common sense developed after the teacher's intervention was close, in many ways, to the knowledge to be taught, because the latter is also, to a large extent, a socio-represented knowledge. The distance between learned knowledge and knowledge to be taught, on the one hand, and scientific knowledge on the other hand, is such that it is possible to speak of an epistemological rupture. From a methodological point of view, triangulation has showed the interest and the specificity of each method: the classic questionnaire does not allow to allow to understand the structuring of a representation but offers a lot of information necessary for the understanding of the data produced by more specific tools like evocations and characterization questionnaires. It is the diversity of approaches that helped identify the school knowledge of common sense on prehistory.Learning is not just the result of memory but an integration-reconstruction of knowledge elements. School knowledge of common sense on prehistory is particularly homogeneous because it is largely socially shared and historically transmitted. This knowledge is also the result of the position that each pupil occupies in the social and cultural fields: this position contributes according to variables involved (sex, socio-professional categories, level, geography, type of pedagogy, classroom / school) to its structuring. It is a socio-represented knowledge rather than a socio-b

Cette thèse est principalement consacrée à l'étude des inhomogénéités de taille nanométrique dans les systèmes magnétiques désordonnés ou dilués. La présence d'inhomogénéités, souvent mise en évidence dans de nombreux matériaux, donne lieu à des propriétés physiques intéressantes et inattendues. La possibilité de ferromagnétisme à l'ambiante dans certains matéraux a généré un grand enthousiasme en vue d'application dans la spintronique. Cependant, d'un point de vue fondamental la physique de ces systèmes reste peu explorée et mal comprise. Dans ce manuscrit, on se propose de fournir une étude théorique complète et détaillée des effets des inhomogenéités de tailles nanométriques sur les propriétés magnétiques dans les systèmes dilués. Tout d'abord, on montre que l'approche RPA locale autocohérente est l'outil le plus adapté et fiable pour un traitement approprié du désordre et de la percolation. Nous avons implémenté cet outil et étudié dans un premier temps, les propriétés magnétiques dynamiques d'un modèle Heisenberg dilué (couplages premiers voisins) sur un reseau cubique simple. Nous avons reproduit précisémment la disparition de l'ordre à longue portée au seuil de percolation et comparé ce travail à des études précédentes. Dans le cadre d'un Hamiltonien minimal (modèle $V$-$J$) nous avons ensuite étudié en détails les propriétés magnétiques de (Ga,Mn)As (température critique, excitations magnétiques, stiffness,..). Nous avons obtenu de très bon accords avec les calculs textit{ab initio} et les résulats expérimentaux. Finalement, nous avons étudié les effets des inhomogénéités dans les sytèmes dilués. Nous avons montré, qu'inclure des inhomogenéités pourrait s'averer être une voie très efficace et prometteuse pour dépasser l'ambiante dans de nombreux matériaux. Nous avons pu obtenir une augmentation colossale de la température critique dans certains cas comparée à celle des systèmes dilués homogènes. Nous avons atteint une augmentation de 1600% dans certains cas. Nous avons également analysé les effets des inhomogénéités sur les courbes d'aimantations, elles sont inhabituelles et peu conventionelles dans ces systèmes. Les spectres d'excitations magnétiques sont très complexes, avec des structures très riches, et présentent de nombreux modes discrets à haute energie. De plus, nos calculs ont montré que la ``spin-stiffness" est fortement supprimé par l'introduction d'inhomogénéités. Il reste encore de nombreuses voies à explorer, ce travail devrait servir de base à de futures études théoriques et expérimentales des systèmes inhomogènes. / This thesis is mainly devoted to the study of nanoscale inhomogeneities in diluted and disordered magnetic systems. The presence of inhomogeneities was detected experimentally in several disordered systems which in turn gave rise to various interesting and unexpected properties. In particular, the possibility of room-temperature ferromagnetism generated a huge thrust in these inhomogeneous materials for potential spintronics applications. However, a proper theoretical understanding of the underlying physics was a longstanding debate. In this manuscript we provide a detailed theoretical account of the effects of these nanoscale inhomogeneities on the magnetic properties of diluted systems. First we show the importance of disorder effects in these systems, and the need to treat them in an appropriate manner. The self-consistent local RPA (SC-LRPA) theory, based on finite temperature Green's function, is found to be the most reliable and accurate tool for this. We have successfully implemented the SC-LRPA to study the dynamical magnetic properties of the 3D nearest-neighbor diluted Heisenberg model. The percolation threshold is found to be reproduced exactly in comparison with previous existing studies. Following this, we discuss the essential role of a minimal model approach to study diluted magnetic systems. The one-band $V$-$J$ model, has been used to calculate the Curie temperature and the spin excitation spectrum in (Ga,Mn)As. An excellent agreement is obtained with first principles based calculations as well as experiments. Finally we propose an innovative path to room-temperature ferromagnetism in these materials, by nanoscale cluster inclusion. We find a colossal increase in $T_C$ of up to 1600% compared to the homogeneous case in certain cases. Also the spontaneous magnetization is found to exhibit anomalous non-mean-field like behavior in the presence of inhomogeneities. In addition we observe a complex nature of the magnon excitation spectrum with prominent features appearing at high energies, which is drastically different from the homogeneous case. Our study interestingly reveals a strong suppression of the spin-stiffness in these inhomogeneous systems. The results indicate toward the strong complexities associated with the interplay/competition between several typical length scales. We believe this work would strongly motivate detailed experimental as well as theoretical studies in this direction in the near future.

Dans la première partie de cette thèse, nous étudions le renversement de l'aimantation de nanofils d'alliage FePt à forte anisotropie magnétocristalline. Lorsque la largeur du fil devient inférieure à la taille des dendrites, nous avons montré qu'il existe une transition du processus de renversement de l'aimantation, de la croissance de dendrites vers la propagation d'une paroi magnétique unique qui renverse tout le fil. Au-delà, la diminution de la largeur du fil jusqu'à la taille caractéristique du désordre et/ou de la rugosité moyenne conduit au renforcement de la coercivité. Ceci conduit finalement dans les fils ultra-fins à un renversement consistant en un mélange de nucléation de domaines et de propagation de parois magnétiques. Dans la deuxième partie, nous rapportons l'utilisation de la magnétorésistance de Magnon (MMR), qui provient de la contribution des magnons à la résistivité, pour mesurer le renversement d'aimantation, dans des nanostructures avec aimantation perpendiculaire (FePt) ou planaire (NiFe). Nous avons montré que la MMR peut être utilisée pour détecter le retournement de l'aimantation dans les nanofils et nano-aimants, et en particulier pour détecter la position d'une paroi magnétique le long d'un nanofil fabriqués à partir d'une couche unique. Enfin, nous étudions dans une dernière partie la dynamique de dépiégeage de paroi magnétique sous champ et sous courant, dans les deux systèmes FePt et NiFe. Nous observons trois types de dépiégeage de paroi, qui dépendent de la nature des défauts ou de la géométrie de la constriction. L'analyse statistique du temps de piégeage montre que le processus de dépiégeage peut être décrit comme procédant d'un chemin simple, de chemins en série, ou de chemins alternatifs. En outre, l'effet du courant sur tous ces mécanismes de dépiégeage s'est révélé équivalent à l'effet du champ appliqué, ce qui permet de mesurer l'efficacité du transfer de spin dans ces systèmes. / In the first part of this thesis, we study the magnetization reversal process of FePt nanowires with high magnetocrystalline anisotropy. When reducing the wire width below the mean dendrite width, the magnetization reversal favors a transition from the dendrite growth to the propagation of a single domain wall (DW). Further decreasing of the width towards the disorder length and/or the mean edge roughness leads to a large increase of coercivity, which finally results in a mix of DW propagation and nucleation in ultra-narrow wires. The second part focuses on the use of Magnon magnetoresistance (MMR), i.e., the magnon contribution to the resistivity, to study the magnetization reversal in nanostructures with either perpendicular (FePt) or planar magnetization (NiFe). We showed that MMR can be used in nanowires and nanomagnets, in particular to detect DW position in nanowires processed in a single layer. Finally, the dynamic of DW depinning under field and current in both FePt and NiFe systems has been studied. We observe three different modes of DW depinning, which depend on the nature of defects, or on the geometry of the constriction. Statistical analysis of the pinning time indeed shows that the depinning path can be described as simple path, serial paths or alternative paths. Additionally, the effect of DC current on all depinning mechanisms is found to be equivalent to the effect of applied field which, allow measuring the spin transfer efficiency in these systems.

The general theme of the thesis is the interplay between magnetization dynamics and spin transport. The main presentation is divided into three parts. The first part is devoted to deepening our understanding on magnetic damping of ferromagnetic metals, which is one of the long-standing issues in conventional spintronics that has not been completely understood. For a nonuniformly-magnetized ferromagnetic metal, we find that the damping is nonlocal and is enhanced as compared to that in the uniform case. It is therefore necessary to generalize the conventional Landau-Lifshitz-Gilbert equation to include the additional damping. In a different vein, the decay mechanism of the uniform precession mode has been investigated. We point out the important role of spin-conserving electron-magnon interaction in the relaxation process by quantitatively examining its contribution to the ferromagnetic resonance linewidth. In the second part, a transport theory is developed for magnons which, in addition to conduction electrons, can also carry and propagate spin angular momentum via the magnon current. We demonstrate that the mutual conversion of magnon current and spin current may take place at magnetic interfaces. We also predict a novel magnon-mediated electric drag effect in a metal/magnetic-insulator/metal trilayer structure. This study may pave the way to the new area of insulator-based spintronics. In the third part of thesis, particular attention is paid to the influence the spin orbit coupling on both charge and spin transport. We theoretically investigate magnetotransport anisotropy and the conversion relations of spin and charge currents in various magnetic systems, and apply our results to interpret recent experiments.

Heat transport by phonons and magnons in crystals due to a local perturbation in temperature is described by the Boltzmann transport equation. In this project a one phonon one magnon system was studied in a one dimensional rod with reflective boundaries. Using the splitting algorithm the problem was reduced to a transport and collision term. The resulting stabilization time for a initial phonon and magnon distribution and the respective temperatures at equilibrium was calculated. This study shows how energy propagates in crysials and gives further understanding of how the coupling of phonons and magnons affect heat transport.

Recent experimental and theoretical studies have found evidence of coupled interactions between magnons and phonons. The aim of this study is to construct a model of coupled magnons and phonons, as well as analysing their frequency spectrum. The model is derived by quantizing spin and lattice degrees of freedom, and the frequency spectrum is derived by solving the equations of motion. We found that both the strength and the composition of the coupled interactions affect the frequencies of magnons and phonons, with emphasis on the magnons. Their frequencies are imaginary close to the center of the Brillouin zone, which opens questions for future research.

Dans la première partie de cette thèse, nous étudions le renversement de l'aimantation de nanofils d'alliage FePt à forte anisotropie magnétocristalline. Lorsque la largeur du fil devient inférieure à la taille des dendrites, nous avons montré qu'il existe une transition du processus de renversement de l'aimantation, de la croissance de dendrites vers la propagation d'une paroi magnétique unique qui renverse tout le fil. Au-delà, la diminution de la largeur du fil jusqu'à la taille caractéristique du désordre et/ou de la rugosité moyenne conduit au renforcement de la coercivité. Ceci conduit finalement dans les fils ultra-fins à un renversement consistant en un mélange de nucléation de domaines et de propagation de parois magnétiques. Dans la deuxième partie, nous rapportons l'utilisation de la magnétorésistance de Magnon (MMR), qui provient de la contribution des magnons à la résistivité, pour mesurer le renversement d'aimantation, dans des nanostructures avec aimantation perpendiculaire (FePt) ou planaire (NiFe). Nous avons montré que la MMR peut être utilisée pour détecter le retournement de l'aimantation dans les nanofils et nano-aimants, et en particulier pour détecter la position d'une paroi magnétique le long d'un nanofil fabriqués à partir d'une couche unique. Enfin, nous étudions dans une dernière partie la dynamique de dépiégeage de paroi magnétique sous champ et sous courant, dans les deux systèmes FePt et NiFe. Nous observons trois types de dépiégeage de paroi, qui dépendent de la nature des défauts ou de la géométrie de la constriction. L'analyse statistique du temps de piégeage montre que le processus de dépiégeage peut être décrit comme procédant d'un chemin simple, de chemins en série, ou de chemins alternatifs. En outre, l'effet du courant sur tous ces mécanismes de dépiégeage s'est révélé équivalent à l'effet du champ appliqué, ce qui permet de mesurer l'efficacité du transfer de spin dans ces systèmes. Keywords: Magnetization reversal, magnon magnetoresistance, domain wall, spins transfer torque.

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京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第18056号 / 理博第3934号 / 新制||理||1567(附属図書館) / 30914 / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)准教授 戸塚 圭介, 教授 石田 憲二, 教授 川上 則雄 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM