Un ordinateur quantique est un ordinateur formé de bits quantiques (qubits) qui tire profit des propriétés quantiques de la matière. Un grand intérêt est porté au développement d’un tel ordinateur depuis qu’il a été montré que le calcul quantique permettrait d’effectuer certains types de calculs exponentiellement plus rapidement qu’avec les meilleurs algorithmes connus sur un ordinateur classique. D’ailleurs, plusieurs algorithmes ont déjà été suggérés pour résoudre efficacement des problèmes tels que la factorisation de grands nombres premiers et la recherche dans des listes désordonnées. Avant d’en arriver à un ordinateur quantique fonctionnel, certains grands défis doivent être surmontés. Un de ces défis consiste à fabriquer des qubits ayant un temps d’opération nettement inférieur au temps de cohérence (temps durant lequel l’état du qubit est conservé). Cette condition est nécessaire pour parvenir à un calcul quantique fiable. Pour atteindre cet objectif, de nombreuses recherches visent à augmenter le temps de cohérence en choisissant judicieusement les matériaux utilisés dans la fabrication des qubits en plus d’imaginer de nouvelles méthodes d’utiliser ces dispositifs pour diminuer la durée des opérations. Une manière simple d’implémenter un qubit est de piéger quelques électrons dans l’espace et d’utiliser l’état de spin de cet ensemble d’électrons pour encoder les états du qubit. Ce type de dispositif porte le nom de qubit de spin. Les boîtes quantiques (BQs) latérales fabriquées sur des substrats de GaAs/AlGaAs sont un exemple de qubit de spin et sont les dispositifs étudiés dans ce mémoire. En 2007, Pioro-Ladrière et al. ont suggéré de placer un microaimant à proximité d’une BQ pour créer un gradient de champ magnétique non-uniforme et permettre d’effectuer des rotations de spin à l’aide d’impulsions électriques rapides. Ce mémoire présente comment modifier la géométrie de ces microaimants pour obtenir un plus grand gradient de champ magnétique dans la BQ. Une nouvelle technique de contrôle de spin menant à des rotations de spin et de phase plus rapides sera aussi détaillée. Enfin, il sera montré que le département de physique de l’Université de Sherbrooke possède tous les outils nécessaires pour implémenter cette méthode.

Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale de la dynamique de l'aimantation induite par le couple de transfert de spin dans des nanopiliers magnétiques. La découverte récente qu'un courant polarisé en spin peut exercer, via un transfert de moment angulaire de spin, un couple sur l'aimantation d'un matériau ferromagnétique offre un nouveau moyen pour manipuler une aimantation sans appliquer de champ externe. Ce couple dit de "transfert de spin" peut, pour un courant suffisamment élevé, retourner l'aimantation ou dans d'autre conditions, générer des états de précessions entretenus de l'aimantation associées à la génération de micro-ondes. Dans cette thèse, nous avons étudié l'effet de transfert de spin dans des structures magnétiques spécifiques de type Co/Cu/Ni80Fe20, dans lesquelles une dépendance angulaire du couple non strandard, dite "oscillante", est prédite par les modèles diffusifs de transfert de spin. Ce couple "oscillant" modifie profondément la dynamique de l'aimantation induite par le couple de transfert de spin et permet en particulier d'obtenir des états de précession de l'aimantation sans champ appliqué, uniquement en injectant un courant continu dans la structure. Les caractérisations en transport statique et les mesures haute-fréquence effectuées sur des nanopiliers magnétiques à couple oscillant ont permis de mettre clairement en évidence la présence de modes de précession entretenue de l'aimantation à champ faible et même à champ nul, en accord avec les prédictions des modèles. Elles montrent par ailleurs des caractéristiques dynamiques induites par le courant inédites, qui peuvent s'expliquer par des simulations macrospin de la dynamique de l'aimantation. Ce travail de thèse apparaît comme un test réussi des modèles diffusifs de transfert de spin et ouvre la voie à un nouveau type d'oscillateur à transfert de spin qui ne nécessite pas de champ appliqué.

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de la spintronique moléculaire. Elle s’intéresse plus précisément aux nouvelles opportunités de façonnage de la polarisation de spin qui découlent de l'hybridation métal ferromagnétique/molécule à l'interface : le nouveau concept de « spinterface ».Dans une première partie nous présentons l’étude de nanojonctions tunnel magnétiques à base de monocouches auto-assemblées (SAMs). Ce système est un des plus prometteur dans l’optique de moduler les propriétés des dispositifs de spintronique par ingénierie chimique, tel un LEGO moléculaire. Nous y présentons la fonctionnalisation de la manganite demi-métallique (La,Sr)MnO3 (LSMO) avec des SAMs d’acides alkylphosphoniques et la fabrication de nanojonctions LSMO/SAMs/Co avec une surface de quelque 10 nm2. Une magnétorésistance de 30% à 50% est observée dans la majorité des dispositifs avec une magnétorésistance tunnel (TMR) jusqu'à 250 % à basse température. Un point remarquable est aussi le comportement très robuste du signal avec la tension: environ 20% de TMR est encore observée au-dessus d’une tension de 1 V. L'influence de la longueur de la chaîne moléculaire a été aussi étudiée et représente un premier pas vers la modulation des dispositifs au niveau moléculaire. Dans une deuxième partie nous présentons l’étude des dispositifs organiques à base de métaux ferromagnétiques à haute TC (température de Curie) et semi-conducteurs organiques. Nous avons réalisé des vannes de spin de Co/Alq3/Co avec des sections de 50 ou 100 µm et fabriquées in-situ par « shadow mask ». Des mesures à température ambiante ont permis d’observer -4% de magnétorésistance (MR) dans une vanne de spin Co/Alq3/Co et +8% MR dans une vanne de spin de Co/MgO/Alq3/Co. Le rôle des deux interfaces sur les propriétés de polarisation de spin des dispositifs est aussi étudié et détaillé. Une forte hybridation métal/molécule dépendant du spin à l'interface inferieure de Co/Alq3, présentant un effet de spinterface (inversion de la polarisation en spin), est observée. Ces études montrent que les effets de spinterface, comme l’inversion de la polarisation de spin, peuvent persister dans un dispositif jusqu’à température ambiante. / This thesis targets the field of molecular spintronics and more particularly the new spin polarization tailoring opportunities, unachievable with inorganic materials, which arise from the ferromagnetic metal/molecule hybridization at the interface.: the new concept of Spinterface.In a first part we investigate Self-Assembled Monolayers (SAMs) based magnetic tunnel nanojunctions. This system appears to be a highly promising candidate to engineer the properties of spintronics devices at the molecular level since SAMs are the equivalent of a molecular LEGO building unit. We present the functionalization of the half-metallic manganite (La,Sr)MnO3 (LSMO) with alkyl phosphonic acids SAMs and the fabrication of LSMO/SAMs/Co magnetic tunnel nanojunctions with an area of few 10 nm2. MR of 30% to 50% is observed in most of the devices, while we report even up to 250% tunnel magnetoresistance (TMR) at low temperature. The most striking point is the robustness of the signal with bias voltage with still 20% TMR observed in the volt range. The influence of the molecular chain length is also investigated and represents a first step towards achieving molecular tailoring.In a second part we develop organic spintronics devices relying on high Curie temperature metallic ferromagnetic electrodes and standard organic semiconductor such as Co/Alq3/Co organic spin valves (OSVs). Junctions have a large area (section of 50 or 100 µm) and are fabricated in-situ by shadow mask. Magnetoresistance (MR) effects at room temperature are investigated with -4% MR observed in Co/Alq3/Co OSVs and +8% MR in Co/MgO/Alq3/Co OSVs. The role of the two interfaces on the spin polarization properties of the devices is also investigated. A stronger spin-dependent hybridization is found to occur at the bottom Co/Alq3 interface inverting the spin polarization on the first molecular layer. The observation of spin polarization inversion at room temperature demonstrates that spinterface effects can strive up to room temperature.

Un nouveau matériau spintronique, Mn4N, a été étudié. Les couches minces ferrimagnétiques Mn4N possèdent une aimantation spontanée Ms relativement petite et une forte anisotropie magnétique perpendiculaire (PMA) et conviennent donc aux dispositifs à mémoire à couple de rotation. De plus, Mn4N est composé uniquement d’éléments bon marché, légers et abondants, sans terres rares ni métaux nobles, et donc exempt de criticité matérielle. Dans ce travail, les propriétés magnétiques et de magnéto-transport de Mn4N développé sur un substrat de SrTiO3 (STO) ont été évaluées.Tout d'abord, les propriétés magnétiques et magnéto-transport des films minces de Mn4N sont évaluées, ce qui permet de constater leur amélioration spectaculaire en remplaçant les substrats classiques en MgO par des substrats en STO. Ce système Mn4N / STO présente des propriétés étonnantes: une structure de domaine de taille millimétrique, une aimantation totalement rémanente à champ nul et une commutation d’aimantation nette provoquée par une faible nucléation de domaine inversé et une propagation en douceur de DW. Ces propriétés, associées à un très petit Ms et à un grand PMA, soulignent son potentiel pour les applications spintroniques.Deuxièmement, l’efficacité de génération du couple de transfert de spin (STT) dans le film mince Mn4N a été mesurée en mesurant la vitesse de la paroi de domaine (DW) entraînée par des impulsions de courant. La vitesse DW atteint des valeurs record de 900 m / s pour une densité de courant de 1,3 × 10 12 A / m2. Cette valeur est la plus élevée de tous les systèmes pilotés par le STT et est comparable à la vitesse la plus élevée obtenue avec les SOT. La mobilité DW η est également très grande, la plus élevée de tous les systèmes basés sur STT. L'ajustement de nos données à l'aide d'un modèle analytique 1D permet d'extraire une polarisation de spin des électrons de conduction de 0,81, ce qui suggère que Mn4N pourrait convenir à l'obtention de grandes magnétorésistances. De plus, ces propriétés étonnantes ont été obtenues sans aucun élément de terre rare, aucune structure d’empilement, ni assistance extérieure telle que des champs magnétiques / électriques ou des contraintes mécaniques.Enfin, les propriétés magnétiques ont été ajustées par une petite quantité d'introduction de Ni dans Mn4N. L'aimantation spontanée de Mn4N sur STO a été réduite par l'introduction de Ni avec maintien d'un PMA fort et rémanence totale. Ce résultat indique que le système ferrimagnétique Mn4N pourrait être compensé en substituant des atomes de Ni. Récemment, la compensation du ferrimagnet a été activement étudiée car le ferrimagnet compensé fournit une efficacité infinie en spin-couple. Les trois évidences de la compensation ont également été démontrées, l'inversion de l'angle de Hall anormal, la chiralité de rotation de Kerr et la dépendance de l'aimantation en fonction de la température. Le point de compensation de la composition a été estimé autour de Mn3.82Ni0.18N. Nous avons suggéré le modèle de compensation de Mn4N par l'introduction de Ni, qui est compatible avec la réduction par MS, l'inversion des courbes AHE, Kerr et M-T.En résumé, un potentiel de films Mn4N et Mn4-xNixN a été démontré comme un candidat prometteur pour les applications spintroniques telles que les dispositifs de mouvement DW induits par le courant avec de grandes propriétés: nucléation de domaine et propagation DW lisse, efficacité de génération de STT ultra-haute et accordabilité de la magnétisation par Ni-introduction. Ces propriétés étonnantes ont été réalisées sans terres rares ni métaux nobles, ce qui peut constituer une étape importante dans le remplacement des matériaux à base de terres rares par des éléments abondants. / A new spintronic material Mn4N has been investigated. Ferrimagnetic Mn4N thin films possess relatively small spontaneous magnetization Ms and strong perpendicular magnetic anisotropy (PMA) and thus are suitable for spin-torque based memory devises. In addition, Mn4N is composed of only cheap, light and abundant elements without any rare-earth nor noble metals., thus free from material criticality. In this work, magnetic and magneto-transport properties of Mn4N grown on SrTiO3 (STO) substrate have been evaluated.First, the magnetic and magneto-transport properties of Mn4N thin films are evaluated, resulting in finding out dramatically improvement of them by replacing conventional MgO substrates by STO substrates. This Mn4N/STO system exhibits astonishing properties: a millimeter-sized domain structure, fully remnant magnetization at zero field and a sharp magnetization switching caused by scarce nucleation of reversed domain and smooth DW propagation. These properties, associated to a very small Ms and a large PMA, underline its potential for spintronic applications.Second, the generation efficiency of spin-transfer torque (STT) in Mn4N thin film has been measured by measuring the speed of domain wall (DW) driven by current pulses. The DW velocity reaches record values of 900 m/s for a current density of 1.3×10^12 A/m2. This value is the highest in all STT-driven systems and is comparable to the highest speed obtained using SOTs. The DW mobility η is also very large, the highest in all STT-based systems too. Fit of our data using a 1D analytical model allows extracting a spin polarization of the conduction electrons of 0.81, suggesting that Mn4N could be suitable to obtain large magnetoresistances. In addition, these amazing properties have been achieved without any rare earth elements, stack structures, nor external assistance such as magnetic/electric field or mechanical stress.At last, the magnetic properties have been tuned by a small amount of Ni-introduction to Mn4N. The spontaneous magnetization of Mn4N on STO has been reduced by Ni-introduction with keeping strong PMA and full remanence. This result indicates the ferrimagnetic Mn4N system might be compensated by substituting Ni atoms. Recently compensation of ferrimagnet has been actively studied because the compensated ferrimagnet provides infinite spin-torque efficiency. The three evidences of the compensation have also been demonstrated, the reversal of anomalous Hall angle, Kerr rotation chirality, and the temperature dependence of magnetization. The compensation point of composition has been estimated around Mn3.82Ni0.18N. We suggested the compensation model of Mn4N by Ni introduction which is consistent with the MS reduction, the reversal of AHE, Kerr and M-T curves.In summary, a potential of Mn4N and Mn4-xNixN films has been demonstrated as a promising candidate for spintronic applications such as current induced DW motion devices with great properties: scares domain nucleation and smooth DW propagation, ultrahigh STT generation efficiency, and tunability of magnetization by Ni-introduction. These amazing properties have been achieved without rare-earth nor noble metal, which can be a milestone for replacement of rare-earth-based materials by abundant elements.

Les boîtes quantiques semiconductrices de type InAs/GaAs ont des proprié- tés électroniques et optiques qui les rapprochent de l'atome unique. C'est dans ce contexte que se situe ce travail de thèse, qui s'intéresse à différents aspects de l'interaction lumière-matière dans ce type de système. Nous avons d'abord étudié le système couplé constitué du spin de l'électron et des spins nucléaires dans une boîte quantique unique, sous excitation non résonante. Pour ces expériences, nous avons utilisé des techniques de photoluminescence stationnaire résolues en polarisation : nous présentons des mesures complètes d'excitation de la photoluminescence, dans différentes conditions expérimentales. L'état de charge des boîtes quantiques fluctuant dans le temps d'une part et le couplage entre les spins nucléaires et le spin de l'électron via l'interaction hyperfine d'autre part sont à la base d'un effet original : il est possible de modifier optiquement les états propres de l'exciton neutre en l'absence de champ magnétique externe. Nos résultats expérimentaux sont confirmés par une spectroscopie de plus haute résolution, qui utilise un interféromètre de Fabry-Pérot placé en amont de la chaîne de détection. Nous présentons ensuite des expériences réalisées en régime cohérent, c'est-à-dire dans un temps plus court que le temps de déphasage du système, dans des échantillons à charge ajustable. Nous avons excité la boîte quantique à résonance (sur son état fondamental) avec des impulsions courtes (durée env. 1ps) limitées par la transformée de Fourier). En s'appuyant sur un schéma de détection original, nous détectons le signal de luminescence sur un état spectateur situé à quelques meV de la transition excitée. Ceci nous a permis de mettre en évidence les oscillations de Rabi de l'exciton dans une boîte quantique unique. Ensuite, en utilisant des impulsions à dérive de fréquence, nous montrons qu'il est possible de générer une population d'exciton de façon à la fois fidèle et robuste, en réalisant un passage adiabatique rapide. Ce résultat expérimental est une première étape en vue de l'implémentation puis de la manipulation d'un Q-bit dans une boîte quantique unique / Semiconductor quantum dots InAs/GaAs exhibit optical and electronic properties for which they are often compared to an individual atom. This thesis work focuses on different aspect of light-matter interaction in a single semiconductor quantum dot. The coupled system constituted by the electron spin and the nuclei spins have been studied in a single quantum dot. Photoluminescence experiments resolved in polarization have been carried out, with non resonant optical pumping : comprehensive studies in photoluminescence excitation under various experimental conditions (excitation power and polarization) have been performed. They point out the quantum dots fluctuating charge state and the strong coupling between the electron spin and the nuclear spins via hyperfine interaction. This enables the optical neutral exciton eigenstates orientation without any external magnetic field. We have confirmed these experimental results using a Fabry-Perot interferometer in order to increase the spectral resolution of our microphotoluminescence set up. In a second step, we present experiments performed in the coherent regime, in a time scale shorter than the system dephasing time, in a sample where the quantum dots are embedded in a Schottky-diode structure. The quantum dot is excited resonantly with short pulses (Fourier transform limited) and, using an original detection scheme, we detect the luminescence signal on a spectator state. We demonstrate the Rabi oscillations of the exciton state in a single quantum dot. Finally, using frequency swept chirped pulses, we show that it is possible to prepare robustly and with a strong fidelity an exciton state in a single quantum dot. This is a first step toward the Q-bit implementation and manipulation in a single quantum dot

Le domaine de recherche de la spintronique vise a concevoir des dispositifs électroniques misant sur le degré de libre de spin pour transporter de l'information. An d'intégrer ces courants de spin dans des dispositifs électroniques, il est particulièrement intéressant d'étudier l'inter-conversion d'un pur courant de spin en un courant de charge par l'effet Hall de spin, ainsi que le transfert de moment angulaire entre les électrons de conduction d'un métal normal (NM) et l'aimantation d'un ferromagnétique (FM) (couple de transfert de spin / pompage de spin). An de mieux comprendre ces différentes interaction, cette thèse se concentre sur l'étude du système hybride constitué de la juxtaposition d'un ferrimagnétique isolant, le grenat d'yttrium fer (YIG), et d'un métal normal _a fort couplage spin-orbite (Pt ou Ta), nécessaire pour bénéficier de la polarisation en spin de l'interface par un courant électrique dans le plan. Nous avons étudié le pompage de spin et la magnétorésistance produite par l'effet Hall de spin a l'interface entre des bicouches de YIG j Pt et YIG j Ta, et ceci sur des lms étendus de YIG de 200 nm d'épaisseur, produits par épitaxie en phase liquide. Nous observons que la tension électrique, produite par l'effet Hall de spin inverse, change de signe entre du Pt et du Ta confirmant ainsi l'inversion des signes de l'angle de Hall entre ces deux matériaux. En outre, en mesurant la variation de la tension de Hall inverse en fonction de l'épaisseur de la couche de Ta, nous avons réussi à borner la longueur de diffusion de spin dans le Ta. Tant le YIG j Pt et le YIG j Ta affiche une variation semblable de la magnétorésistance a effet Hall de spin en fonction de l'orientation du champ magnétique. Pour étudier l'inuence interfaciale du pompage de spin… / Spintronics aims at designing electronic devices which capitalize on the spin degree of freedom to transport information using spin currents. In order to incorporate spin currents intoelectronic devices, it is particularly interesting to study the interconversion from a spin current, the motion of spin angular momentum, to a charge current (Spin Hall Effect) as well as the transfer of spin angular momentum between the conduction electrons of a normal metal (NM) and the magnetization of a ferromagnet (FM) (Spin Transfer Torque/Spin Pumping). To investigate the interplay of those effects this thesis studies hybrid systems of the ferromagnetic insulator Yttrium Iron Garnet and normal metals with large spin-orbit coupling, a prerequisite for spin Hall e_ect. We study spin pumping and spin hall magnetoresistance in YIGjPt and YIGjTa bi-layers using extended _lms of 200 nm thick YIG, grown by liquid phase epitaxy. The inverse spin Hall voltages in Pt and Ta confirm the opposite signs of spin Hall angles in these two materials. Moreover, from the dependence of the inverse spin Hall voltage on the Ta thickness, we constrain the spin di_usion length in Ta. Both the YIGjPt and YIGjTa systems display a similar variation of resistance upon magnetic eld orientation, the spin Hall magnetoresistance. To study the inuence of interfacial spin pumping and a possible reverse e_ect, it is desirable to work with thin _lm thicknesses. A high quality 20 nm thick YIG _lm was grown by pulsed laser deposition, showing a damping similar to that of bulk YIG. We use nano-lithography to pattern series of YIG(20nm) and YIG(20nm)jPt(13nm) discs with diameters between 300 and 700 nm. The ferromagnetic resonance (FMR) spectra of the individual sub-micron sized samples are recorded through magnetic resonance force microscopy. . Passing dc-current through micron sized YIGjPt disks reveal a variation of the FMR linewidth consistent with the geometry and amplitude of the expected SHE transfer torque. In the absence of exciting microwave _elds, a variation in the magnetization is detected when the dc-current reaches the expected threshold for auto oscillations.

L’électronique de spin tient une place primordiale dans les technologies de l’information. Un exemple flagrant est le disque dur magnétique à haute densité de stockage intégré aujourd’hui dans la plupart des ordinateurs personnels. D’un point de vue fondamental, les opérations de base comme l’injection, la propagation et la détection de l’information de spin restent néanmoins complexes à réaliser. Des plateformes adaptées à la réalisation de ces tâches élémentaires sont très recherchées. Dans ce contexte, les nanomatériaux carbonés sont très prometteurs. Au cours de ma thèse, je me suis intéressé au transport de spin dans des nanotubes de carbone multi-parois présentant des effets de super-réseaux (Moiré 1D). J’ai également étudié la croissance de barrières moléculaires conformationnelles afin d’optimiser l’injection et la détection de l’information de spin. Je présenterai tout d’abord les caractérisations électriques des dispositifs mettant en évidence des effets de Moirés, identifiés grâce aux simulations effectuées par l’équipe de Jean-Christophe Charlier. Je montrerai ensuite comment la croissance de la couche moléculaire influence le transport en formant une barrière d’injection. Finalement, je présenterai les expériences de magnéto-transport dans ces dispositifs hybrides. La magnétorésistance observée semble indiquer un transport de spin efficace sur des distances au moins de l’ordre du micromètre. Je discuterai particulièrement de l’amplitude, du signe et de la dépendance en tension de la magnétorésistance dans le cadre de modèles standards de transport de spin / Spin electronics holds a key role in information technology. A glaring example is the high-density magnetic hard disk storage built into most personal computers. From a fundamental point of view, basic operations such as injection, propagation and detection of spin information remain nevertheless complex. Platforms adapted to the realization of these basic tasks are highly sought after. In this context, carbon nanomaterials are very promising. During my thesis, I was interested in the transport of spin in multi-wall carbon nanotubes presenting super-lattice effects (Moiré 1D). I have also studied the growth of conformational molecular barriers in order to optimize injection and detection of spin information. I will present first the electrical characterizations of the devices highlighting the effects of Moirés, identified thanks to the simulations carried out by the team of Jean-Christophe Charlier. I will then show how the growth of the molecular layer influences transport by forming an injection barrier. Finally, I will present the experiments of magneto-transport in these hybrid devices. The observed magnetoresistance seems to indicate efficient spin transport over distances of at least a micrometer. I will discuss in particular the amplitude, the sign and the voltage dependence of the magnetoresistance in the framework of standard models of spin transport

Avec le développement des nouvelles technologies de l'information et de la communication (NTIC), la consommation énergétique des systèmes de traitement et de stockage de données est devenue un problème majeur. Les limites des systèmes actuels à cet égard impliquent le besoin de technologies de rupture ultra-basse consommation.Cette thèse propose une approche originale de cette problématique, basée sur l'utilisation d'un élément magnétoélectrique composite (piézoélectrique/magnétostrictif) bistable et commandable de façon univoque, baptisé MELRAM.L'étude énergétique statique montre que la combinaison d'une anisotropie uni-axiale et d'un champ de polarisation magnétique statique définit deux positions d'équilibre stables perpendiculaires pour l'aimantation dans la partie magnétostrictive. L'application de contraintes piézoélectriques sur celle-ci permet de contrôler électriquement la position de l'aimantation. L'étude énergétique du système permet également de montrer la stabilité du système à long terme (10 ans), dans une large gamme de températures autour de l'ambiante, avec une barrière énergétique de 60kBT. L'étude dynamique, utilisant le modèle du macrospin, permet quant à elle d'exhiber un temps de réponse inférieur à 1ns. L'énergie dissipée lors de l'écriture, d'origine électrique et magnétique, est évaluée à 261kBT (1,1aJ), soit quatre ordres de grandeur en dessous de l'état de l'art.Plusieurs stratégies de lecture par vanne de spin et jonction tunnel magnétique sont proposées et commentées. Les premières réalisations d'éléments nanométriques magnétostrictifs sont présentées ainsi qu'une solution de polarisation magnétique intégrée par aimant permanent / As new information and communication technologies boom, the energy consumption of data processing and storage systems has become a major issue. The limits of state of the art systems regarding this gives rise to the need for ground-breaking ultra-low power technologies.This PhD thesis suggests an original approach of this issue, based on a bistable composite magnetoelectric element (piezoelectric/magnetostrictive) which can be controlled unequivocally, named MELRAM.The static energetic study shows that the combination of an uniaxial anisotropy and a static magnetic bias field defines two stable and perpendicular equilibrium positions for magnetization in the magnetostrictive part. The application of piezoelectric stress allows the electric control of the magnetization position.The energetic study also shows the long term (10 years) stability of the system, in a large temperature range around room temperature, with an energy barrier of 60kBT. The dynamic study, using the macrospin model, gives a response time less than 1ns. The dissipated energy during writing, of electric and magnetic origin, is estimated at 261kBT (1.1aJ), that is to say four orders of magnitude below the state of the art.Several reading strategies using spin valves and magnetic tunnel junction are proposed and commented. First realization of nanometer-sized magnetostrictive elements are presented as well as an integrated polarization solution, using permanent magnets

Cette thèse est consacrée à l'étude par Résonance Ferromagnétique (RFM) de l'influence des contraintes et des concentrations en trous et en Mn, sur les propriétés magnétiques de films nanométriques de Ga_1-xMn_xAs.<br />L'influence des contraintes a été étudié dans des films contenant 7% de Mn déposés sur GaAs ou GaInAs et contraints en compression ou en extension respectivement. Les axes de facile aimantation, le type d'anisotropie, le facteur de Landé, la température de Curie et les constantes d'anisotropie on été déterminés par RFM. <br />La passivation par l'hydrogène de l'activité électrique des Mn a permis l'étude de l'influence de la concentration en trous dans ces systèmes. Différents régimes de conductivité ont pu être atteints: isolant, conduction par bande d'impureté et métallique. Les facteurs g dépendent à la concentration de trous et la température. La relation théorique entre ces facteurs et la polarisation de trous est présentée. Les variations des constantes d'anisotropie magnétocrystallines sont comparées aux modèles théoriques. <br />La plus faible concentration en trous permettant d'atteindre un état ferromagnétique est estimée à 10¹⁹cm^-3. La structure des domaines a été étudiée par microscopie magnéto-optique pour cette concentration. L'influence du niveau de dopage en Mn a été étudiée dans la plage de 7% à 21%. Les résultats montrent que, contrairement aux prédictions du modèle de champ moyen, la température de Curie ne dépasse pas 180K même pour les forts dopages, ce qui est attribué à un haut niveau de compensation magnétique. Enfin, la relaxation de l'aimantation est étudiée et des facteurs de damping anisotropes sont mis en évidence.

Des couches minces à base de NiFe2O4 et CoCr2O4 ont été réalisées par pulvérisation cathodique sur des substrats d'oxydes, dans le but de les intégrer dans des hétérostructures pour l'électronique de spin.<br />Il a été montré que la croissance épitaxiale permet la stabilisation de nouvelles phases de NiFe2O4 qui n'existent pas sous forme massive. Ces phases présentent une augmentation forte du moment magnétique ou la possibilité d'ajuster les propriétés électriques du matériaux. Nous expliquons l'augmentation du moment magnétique par une inversion partielle des sites cationiques du NiFe2O4, matériau dans lequel les ions Ni2+ sont répartis entre les deux sites de la structure spinelle. Les lacunes en oxygène sont susceptibles de favoriser un comportement conducteur en induisant des états de valence mixte Fe2+/3+ dans les sites octaédriques. <br />Des couches minces de NiFe2O4 conducteur ont été utilisées comme électrodes ferrimagnétiques dans des jonctions tunnel. Une magnétorésistance significative a été mesurée, correspondant à une polarisation de spin de 40% du NiFe2O4 pratiquement constante en température. Le NiFe2O4 isolant a été incorporé avec succès en tant que barrière tunnel ferrimagnétique au sein de jonctions de type "filtre à spin", ce qui en fait la première structure de ce type réalisée avec des oxydes complexes. <br />Il a été mis en évidence que les couches minces de CoCr2O4 ont une tendance forte à croître de manière tridimensionnelle de la forme des objets pyramidaux aux facettes parfaitement définies. Cette croissance auto-organisée de nano-objets et sa dépendance à l'égard des conditions de dépôt été étudie en detail.