Ce travail s'inscrit dans le cadre du développement de l'afficheur nématique bistable. Ce nouveau dispositif électro-optique nécessite une compréhension plus fine des mécanismes d'ancrage d'un cristal liquide nématique sur une couche d'alignement pour concilier deux propriétés souvent antagonistes : faible ancrage zénithal et fort ancrage azimutal. L'énergie d'ancrage est modélisée ici par son développement en série de Fourier, en se limitant aux deux premiers termes. Les techniques de mesures optiques et électro-optiques utilisées ont permis d'étudier des systèmes présentant des ancrages très faibles, d'observer des transitions d'ancrage, et de discuter les limitations de ce modèle. Cette étude a également mis en évidence un nouveau type d'ancrage prédit par le modèle : l'ancrage anti-conique. Enfin, la combinaison d'une couche d'ancrage faible avec un substrat fortement anisotrope permet d'obtenir une surface fonctionnelle pour l'afficheur nématique bistable.

Nous avons étudié la formation du mélange chimique interfacial dans le système multicouches Mo/Ni, et en particulier l'influence des effets balistiques durant la croissance. Pour cela, des multicouches hétéro-épitaxiées c.c./c.f.c. Mo(110)/Ni(111) de périodes L variant de 4.8 à 27 nm ont été élaborées avec deux techniques de dépôt : l'évaporation thermique et la pulvérisation ionique. Au préalable, une description fine de l'état de contrainte de films minces de Mo élaborés par pulvérisation ionique a été requise. L'étude de la microstructure et de l'état de contrainte a été essentiellement réalisée par diffraction des rayons X, et l'irradiation aux ions a été utilisée comme un moyen efficace pour contrôler le niveau de contrainte. <br />Nous avons montré que les films déposés par voie thermique présentent une légère contrainte de croissance en tension (~ 0.6 GPa), qui peut être expliquée par le modèle de relaxation des joints de grains, alors que les films élaborés par pulvérisation ionique développent de fortes contraintes en compression (de - 2 à - 4 GPa). Celles-ci résultent du bombardement du film en cours de croissance par les particules énergétiques mises en jeu durant le processus de pulvérisation (phénomène d' "atomic peening"), qui conduit à la production de défauts dans les couches, ce qui génère des distorsions volumiques du réseau cristallin. Nous avons développé un modèle de contrainte qui permet de rendre compte de ces déformations volumiques par l'intermédiaire d'une contrainte hydrostatique et qui surtout donne accès au paramètre de maille non contraint et libre de défauts a0, paramètre directement et uniquement lié aux effets chimiques. Des preuves quantitatives que les défauts créés sont de nature interstitielle et qu'ils sont éliminés lors du processus de relaxation sous irradiation sont fournies. <br />Dans le cas de couches de Mo épitaxiées, il a été possible de séparer les contraintes de cohérence des contraintes de croissance en raison de leur cinétique de relaxation différente sous irradiation. Ainsi, la modélisation a permis de déterminer la valeur de a0 dans les sous-couches de Mo constitutives des multicouches Mo/Ni, en fonction de L et des conditions de dépôt. Une tendance à la formation d'un gradient chimique par ‘ségrégation' de nickel dans le molybdène est observée, indépendamment des conditions de dépôt. Ce résultat suggère que des forces thermodynamiques sont favorables au mécanisme d'échange. Néanmoins, l'amplitude de cet effet de mélange est clairement accentuée par les effets balistiques.

Ce travail porte sur l'étude de l'anisotropie d'échange dans des agrégats de cobalt nanométriques (1-6 nm de diamètre) fabriqués par une source à pulvérisation magnétron et condensation en phase vapeur. Des mesures de microscopie électronique en transmission à haute résolution et de diffraction de rayons X montrent que les agrégats sont icosaédriques. Cette structure, confirmée par des calculs utilisant un modèle atomistique, est déformée de façon non homogène. L'anisotropie magnétique de ces nano-objets, calculée à l'aide du modèle de paires de Néel, oscille en fonction du remplissage des couches successives de l'icosaèdre. <br />Le couplage d'échange F/AF est d'abord étudiée sur une assemblée d'agrégats de cobalt de différentes densités, couplés à un matériau AF (CoO ou NiO) sous forme de couche mince ou de coquille. L'effet maximum est obtenu lorsque la couche AF est continue, soit par contact direct entre agrégats oxydés, soit via une couche mince AF.<br />Enfin, des mesures utilisant la technique micro-SQUID ont pour la première fois permis de mettre en évidence le phénomène de couplage d'échange sur un agrégat de cobalt unique couplé à un AF. Les agrégats de cobalt oxydés ou non sont déposés sur une couche mince de CoO puis recouverts d'une couche de niobium supraconducteur dans laquelle sont gravées les boucles micro-SQUIDs. Ces mesures montrent que le couplage d'échange est présent même si le système F/AF n'est pas refroidi sous un champ magnétique. Elles mettent aussi en évidence que chaque agrégat possède sa propre anisotropie d'échange, dont la direction et le sens sont fixés par l'anisotropie locale de l'AF.

Cette thèse est consacrée à l'étude des corrélations de courant de faisceaux mono-électroniques dans un conducteur quantique balistique. Nous utilisons une capacité mésoscopique comme source d'électrons uniques afin d'émettre à la demande des charges dans un canal de bord de l'effet Hall quantique. En présence d'une forte tension d'excitation radiofréquence, la source émet périodiquement un électron unique suivi d'un trou, générant un courant alternatif quantifié en unités de 2ef_0, où f_0 est la fréquence d'excitation. Nous avons mesuré le bruit émis par la source, et mis en évidence une limite de bruit haute fréquence fondamentale, appelée jitter quantique, qui est la signature de l'émission de charges uniques. Les mesures sont en très bon accord avec un modèle heuristique décrivant le système comme une source d'électrons uniques parfaite, ainsi qu'avec un modèle plus raffiné de diffusion des ondes électroniques. Nous avons également mesuré les autocorrélations des fluctuations du courant après partition par un contact ponctuel quantique jouant le rôle de lame séparatrice électronique. Cette géométrie, analogue électronique de l'expérience de Hanbury-Brown et Twiss en optique quantique, permet de quantifier la qualité de l'émission de particules uniques. Dans un conducteur balistique, cette géométrie permet en outre de compter le nombre d'excitations générées à chaque cycle, ainsi que de mesurer leur distribution en énergie. Ces deux expériences constituent les premières réalisations d'expériences d'optique quantique électronique avec des charges uniques. Elles permettent d'envisager des expériences plus complexes, comme la collision de deux charges, et la tomographie d'un électron unique.

Les travaux présentés sont à la frontière entre sciences des surfaces et matériaux magnétiques. L'objectif est de tirer parti de procédés classiques d'épitaxie, notamment l'auto-organisation, pour fabriquer des nanostructures intéressantes pour le magnétisme. ·Pour la recherche fondamentale : des processus, tels que le renversement d'aimantation, existant dans tous les matériaux réels mais ne pouvant y être analysés du fait de leur complexité, sont étudiés dans des systèmes modèles. ·L'intégration d'éléments magnétiques auto-organisés dans des dispositifs n'est actuellement pas envisageable, car ces nanostructures sont non magnétiques du fait de leur très faible épaisseur. Deux procédés ont été développés pour obtenir une plus forte épaisseur (plusieurs nanomètres), et donc des structures fonctionnelles à 300K.

Dans ce travail, nous avons abordé le phénomène de la Convection Thermique Turbulente sous des angles nouveaux et innovants. <br /><br />Le premier système que nous abordons expérimentalement est un Canal Vertical dit Infini au sein duquel règne un gradient de température moyen constant. Le flux de masse dans ce canal est nul. L'image qui se dégage de nos mesures est celle d'un écoulement majoritairement inertiel, où les coefficients dissipatifs (la viscosité en l'occurrence) n'interviennent que pour fixer une longueur de cohérence L. Cette longueur est celle sur laquelle les panaches thermiques peuvent êtres considérés comme en « chute libre ». Le transport horizontal (d'impulsion et de chaleur) est entièrement dû aux fluctuations. La « longueur de mélange » associée est petite devant la largeur du canal. Par contre, le transport de chaleur vertical est dû à des structures cohérentes, les panaches. <br />Ces panaches, nous les retrouvons dans une étude Lagrangienne de l'écoulement au centre d'une cellule de Rayleigh Bénard. La sonde est une sphère de 2 cm de diamètre qui a la même densité que le fluide que nous utilisons, équipée de thermomètres et d'un émetteur radio. Elle est transportée par les panaches, ce qui nous permet une étude statistique de ceux-ci.

Pour certaines problématiques biomédicales, notamment en neurobiologie, l'imagerie des échantillons exige des résolutions spatiale et temporelle élevées, et seules des techniques de microscopie optique innovantes vont permettre d'imager la cellule dans des conditions physiologiques. Pour répondre à ces contraintes nous avons développé en intégralité un dispositif de microscopie de fluorescence en réflexion totale interne et résolue en temps. En effet, l'imagerie de fluorescence résolue en temps (FLIM) permet, en complément des informations de localisation et de topologie apportées par la microscopie conventionnelle, une analyse dynamique de processus moléculaires et métaboliques au sein des cellules. Associée à la technique de microscopie en réflexion totale interne, qui confère au système d'imagerie une résolution axiale sub-longueur d'onde tout en acquérant des images en champ large, la technique FLIM permet d'analyser l'activité membranaire des cellules en s'affranchissant de la fluorescence des autres entités de la cellule.<br />Ce travail s'est articulé autour de trois axes principaux : l'étude et le développement d'un dispositif d'excitation de la fluorescence basé sur un oscillateur laser solide picoseconde dont le spectre est élargi par effets non linéaires dans des fibres optiques microstructurées ; le développement et la caractérisation d'un dispositif de microscopie de fluorescence par onde évanescente (TIRF) couplé à une détection résolue en temps en plein champ ; et l'application de ce dispositif à l'étude d'un précurseur membranaire du peptide amyloïde impliqué dans la maladie d'Alzheimer.

Les matériaux de structure cubique blende de zinc sont piézo-électriques: une déformation de ces cristaux selon un axe polaire induit une polarisation électrique. Les puits quantiques contraints, de semi-conducteurs cubiques II-VI ou III-V, d'orientation [111] ou [211] présentent un champ électrique permanent de l'ordre de 100 kV/cm pour 1% de déformation. Ces structures sont particulièrement intéressantes pour la modulation optique, mais il est nécessaire d'étudier préalablement leurs propriétés spécifiques avant de pouvoir envisager de les utiliser dans des dispositifs optiques. Dans ce but, nous avons étudié par spectroscopie optique des puits contraints CdTe/CdMnTe ou CdTe/CdZnTe, élaborés par épitaxie par jets moléculaires, avec comme axe de croissance [111] ou [211]. Les résultats de spectroscopie ont été confrontés à une modélisation en termes de fonctions enveloppes prenant en compte les effets de contraintes biaxiales pour une direction de croissance [hhk]. De plus, nous avons développé une méthode originale de mesure du champ piézoélectrique dans les puits quantiques grâce à laquelle nous avons mis en évidence un effet piézo-électrique fortement non linéaire dans CdTe. Cet effet n'avait jamais été mentionné par ailleurs. Nous avons également mesuré l'évolution du coefficient piézo-électrique e14 CdTe avec une forte pression hydrostatique, jusqu'à des déformations d'environ 2% et montré qu'une part des non-linéarités provient d'un effet de volume. Enfin, nous avons étudié l'effet du champ piézo-électrique sur l'exciton. L'énergie de liaison de l'exciton est assez peu affectée, par contre, la force d'oscillateur décroît fortement pour la transition fondamentale du puits, avec le recouvrement des fonctions enveloppes d'électron et de trou. Notre modélisation de l'exciton, utilisant deux paramètres variationnels, fournit un calcul précis, sans paramètre ajustable, de l'absorption excitonique à travers un puits piézo-électrique: les calculs sont en très bon accord, sur près de deux ordres de grandeurs, avec les mesures d'absorption que nous avons réalisées sur une série d'échantillons de compositions variées.

Cette thèse s'inscrit dans la mouvance entourant les matériaux nanostructurés pour la photonique. Ces nouveaux composants, structurés à l'échelle de la longueur d'onde, offrent la possibilité de confiner le champ électromagnétique à une échelle très petite, ouvrant ainsi la voie à des composants optiques compacts. En outre, ces matériaux offrent également la possibilité de contrôler l'émission spontanée d'atomes émetteurs, et donc de concevoir des lasers à très bas seuil par exemple. Bien que les premières étapes visant à leur réalisation aient déjà été franchies, de nombreux problèmes subsistent. D'une part, ces matériaux étant structurés à l'échelle de la longueur d'onde, il est nécessaire pour les modéliser de résoudre les équations de Maxwell sans approximation. D'autre part, pour que ces composants puissent être utilisés en pratique, il faut parvenir à les connecter à d'autres composants optiques plus classiques. Malheureusement, le confinement du champ étant très différent entre ces deux types de composants, il survient immédiatement des pertes d'insertion élevées qui sont pressenties comme un verrou à lever pour les applications futures. C'est précisément sur ces deux problèmes que porte ma thèse. Dans la première partie, nous présentons une méthode originale de calcul de structures diffractives en optique guidée dérivée de la méthode modale de Fourier (RCWA). Cette nouvelle approche permet, en périodisant numériquement la structure que nous voulons étudier, d'appliquer des codes numériques développés à l'origine pour l'étude des réseaux de diffraction. Nous étendons ainsi de façon importante le champ d'application de la RCWA, lui permettant par exemple de calculer les caractéristiques de miroirs de Bragg ou de cavités intégrées. Dans la seconde partie, nous nous attaquons au problème des pertes d'insertion en développant des convertisseurs modaux efficaces pour des miroirs de Bragg intégrés courts. Pour ce faire, nous déformons progressivement le mode de Bloch fondamental du miroir en imposant au convertisseur un gradient d'indice complexe. Nos calculs numériques montrent que ces convertisseurs modaux peuvent être très courts, ouvrant ainsi la voie à la réalisation pratique de cavités courtes et à faibles pertes. Cette approche est validée pour des cavités fabriquées dans un substrat de silicium sur isolant.

Au cours de ce travail de thèse, nous avons effectué les premières mesures de l'aimantation d'une seule particule ferromagnétique à basse température (0.1 - 6 K) à l'aide de SQUID hystérétiques continus extrêmement performants : la sensibilité de nos mesures est de 10^4 µB. Nous avons étudié des systèmes multiples et variés, tout d'abord des particules faites par lithographie électronique de forme elliptiques et de dimensions supérieures à 50 nm, mais aussi des fils magnétiques et des agrégats. <br /> En ce qui concerne les particules élaborées par lithographie électronique, les plus petites ont montré que la variation du champ de retournement en fonction de l'angle est en accord qualitatif avec le modèle de rotation uniforme de Stoner Wohlfarth. Cependant le déclenchement du retournement de l'aimantation s'effectue par un processus de nucléation. Les études de la dynamique de retournement de l'aimantation faites sur ces particules et les fils magnétiques ont montré que le retournement de l'aimantation est activé thermiquement et peut être approximativement décrit par le modèle de Kurkijärvi pour les températures comprises entre 1 et 6 K. En dessous de 1 K, ce modèle est mis en défaut ce qui pourrait être expliqué par un effet quantique. En ce qui concerne la probabilité de retournement de l'aimantation nous avons trouvé pour les plus petites particules que cette probabilité est proche d'une exponentielle. Cependant il existe de nouveau une déviation à plus basse température, probablement de même origine que la déviation observée sur le modèle de Kurkijärvi. Enfin, la largeur de la distribution des champs de retournement augment à basse température. Ceci est sans doute dû à l'existence de défauts (rugosité de surface, défauts cristallins, impuretés, etc.) qui créent de multiples vallées et cols sur la surface d'énergie potentielle décrivant le système, ceux-ci étant en fait révélés lorsque l'énergie thermique est du même ordre de grandeur ou inférieure à ces fluctuations de la surface d'énergie.