Au cours de ce travail ont été développés deux formalismes, qui dans une approche de champ moyen, relient analytiquement la structure magnétique aux structures de charge associées. Dans l'état ordonné magnétiquement les nouvelles périodicités de charge se déduisent ainsi très directement de la périodicité magnétique. Dans le cas des modifications de l'asphéricité de la couche 4f, la modélisation permet l'identification des composantes multipolaires en cause. Lorsque la redistribution de la charge intervient par des déplacements des ions magnétiques, un second modèle prévoit les composantes de Fourier des ondes de déplacement et leur polarisation. Le premier phénomène a été étudié d'une manière systématique sur le composé NdMg ce qui a permis la validation du modèle proposé. Dans le cas de TbMg, il est montré que la diffraction multipolaire des rayons X peut être une alternative pour la détermination de la structure magnétique, quand plusieurs modèles de structures magnétiques sont compatibles avec les diagrammes de diffraction des neutrons sur poudre. L'existence des ondes de déplacement des atomes magnétiques sous l'influence des couplages d'échange a été confirmé dans le composé GdB6. A partir de la connaissance des propagations de la structure magnétique, déduites de la première étude de diffraction de neutrons sur poudre dans ce composé, les différentes propagations attendues pour les ondes de déplacement ont été déterminées.

Aujourd'hui, la puissance de calcul des processeurs et la capacité de stockage des disques durs tels que conçus dans l'électronique moderne sont limités par la limite thermodynamique aux systèmes finis. Pour garder une vitesse de développement tel que prédit par la loi de Moore, il est donc nécessaire de considérer de nouveaux types d’architecture d’unité de calcul et stockage d’information. Un autre problème réside dans la gestion des pertes de courant par effet Joule, qui deviennent critiques dès lors que l’on atteint de très fortes densités de transistors et bits magnétiques. Notre étude s’inscrit dans ces problématiques, par la conception de nouveaux systèmes à fort couplage magnéto-électrique qui permettrait de contrôler l’information magnétique par l’injection de faibles courants électriques. Notre objectif a été de concevoir un système à fort couplage magnéto-électrique. Il existe des matériaux possédant un couplage entre ordre magnétique et ordre ferroélectrique de façon intrinsèque. Ce type de structures représente une bonne base d’analyse conceptuelle sur la nature d’hybridation des ordres férroiques. Cependant le couplage y est généralement faible, et ne permet pas l’intégration de ces matériaux dans l’électronique moderne.Une autre option consiste à artificiellement générer un couplage magnéto-électrique à travers l’interface entre deux matériaux possédant chacun un des ordres férroiques. Nous avons travaillé essentiellement sur ce type d’hétérostructure binaire, alliant un substrat ferroélectrique type, (BaTiO3) avec, dans un premier temps, un film ultra-mince ferromagnétique type (Fe, Co, FeNi). Nous avons montré la présence d’une signature d’un couplage magnéto-électrique faible à l’interface de ces systèmes. Nous avons ensuite proposé de remplacer le matériau ferromagnétique typique par un film mince de FeRh, un alliage qui possède une transition de phase magnétique d’antiferromagnétique à ferromagnétique juste au-dessus de la température ambiante, qui dépend à la fois de la température, de la pression et du champ magnétique.Nous avons alors réalisé une étude de croissance de FeRh en films ultra-minces. Nous avons pu montrer que l’alliage garde une température de transition bulk et une transition assez abrupte jusqu’à 5nm d’épaisseur. Nous avons ensuite étudié le couplage magnéto-électrique dans le système FeRh(22nm)/BaTiO3 par magnétométrie SQUID sous champ électrique. Nous avons démontré un très fort effet magnéto-électrique induit par contrainte mécanique, possédant une constante de couplage record, α = 1.6 x 10-5 s.m-1, un ordre de grandeur au-dessus des valeurs rapportées dans la littérature.Utilisant notre connaissance du système, nous avons montré l’intérêt conceptuel d’utiliser un matériau à transition de phase dans les architectures novatrices de mémoire, en proposant une description mathématique d’un comportement memristif dans le système FeRh/piézoélectrique.Finalement, l’utilisation pratique de FeRh nous a amené à étudier l’alliage par calculs Ab Initio sous contrainte mécanique et sous injection de charges, pour comprendre plus fondamentalement la nature et les mécanismes de la transition. / One of the most practical concept used in physics and engineering is the concept of triggeror switch, consisting of a means to start a controlled chain of energy transformation.A switch can lead to reversible or irreversible consequences. Technological developmentusually seeks to make use of the former because it allows for repetitive logical tasks. Suchtriggers exist via the coupling between two or more types of energetic transformations.It is formally described by the interaction between two or more distinct fields and theirexpression on a system. Amongst the most studied coupling in material physics, we findelectro-mechanical couplings such as piezoelectricity or ferroelectricity, electro-caloric ormagneto-caloric couplings such as pyroelectricity and pyro-magnetism, magneto-electric,etc. The fundamental and experimental domestication and understanding of these couplingsis usually followed (and very often motivated) by the design of practical applicationin electronics engineering technology.

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Les matériaux magnétiques à base moléculaire sont généralement faiblement colorés. Une étude en parallèle des propriétés optiques et magnétiques est alors envisageable. Nous avons étudié la complémentarité entre propriétés magnétiques et optiques dans les composés à base de Mn2+ et Cu2+. L'intéraction entre les électrons célibataires des ions métalliques est du type échange à travers un ligand pontant organique. Les systèmes Mn2+Cu2+ étudiés présentent des topologies différentes : de la molécule isolée au système infini. Nos études ont permis de mettre en évidence l'exaltation des bandes d'absorption de l'ion Mn2+ acitvées par un mécanisme d'échange. A partir des variations thermiques des bandes d'absorption de l'ion Mn2+ nous avons déterminé la valeur de la constante d'interaction entre les ions métalliques dans l'état électronique fondamental du système, valeur qui est en bon accord avec celle déterminée par les mesures magnétiques. De plus les mesures optiques, contrairement aux mesures magnétiques, nous ont également permis d'évaluer la valeur constante d'interaction lorsque un ion Mn2+ est dans un état électronique excité.