Au cours des 25 dernières années, il n'y a eu que quelques rapports sur des expériences de type optique quantique avec des électrons.Les progrès réalisés dans ce récent domaine de recherche ont permis de mettre au point des techniques originales pour piéger, déplacer et manipuler les électrons dans des dispositifs à l'état solide.Ces progrès ouvrent de nouvelles perspectives pour l'étude de phénomènes quantiques fascinants tels que l'effect tunnel ou l'intrication avec les électrons.En raison de la contrôlabilité exigée dans les implémentations possibles de circuits logiques quantiques, il est maintenant particulièrement intéressant de réaliser des expériences d'optique quantique électronique avec des électrons volants uniques.Dans cette thèse, nous abordons deux expériences liées, mais conceptuellement différentes, d'optique quantique électronique au niveau de la particule unique.Toutes les expériences menées dans le cadre de cette thèse ont été réalisées à des températures cryogéniques avec des dispositifs définis par Schottky-gates dans des hétérostructures AlGaAs/GaAs.Tout d'abord, nous effectuons une expérience d'interférence d'électrons de type Mach-Zehnder dans le régime de transport balistique.En formant un grand point quantique dans l'une des branches de l'interféromètre, nous étudions le déphasage de la fonction d'onde d'un électron transmis de façon résonnante.Au cours de nos mesures, nous trouvons des signatures d'un comportement de transmission qui reflète les symétries internes des états propres des boîtes quantiques.Nos résultats mettent en lumière la question de longue date d'un comportement de phase de transmission universelle dans des boîtes quantiques en grand taille.Nous avons ainsi posé un jalon important vers une compréhension globale de la transmission par résonance d'électrons volants simples par des boîtes quantiques.Dans une deuxième expérience, nous allons au-delà du régime de transport balistique.Nous utilisons des ondes acoustiques de surface pour transporter un seul électron entre les boîtes quantiques définies par la grille de surface dans un circuit couplé par l'effect tunnel.Nous développons deux blocs de base essentiels pour partitionner et coupler les électrons volants simples dans un tel circuit piloté par le son.En dépassant une efficacité de transfert simple de 99 %, nous montrons qu'un circuit électronique quantique piloté par le son est réalisable à grande échelle.Nos résultats ouvrent la voie à des opérations de logique quantique avec des qubits d'électrons volants qui surfent sur une onde acoustique. / In the last 25 years there were several reports on quantum-optics-like experiments that were performed with electrons.The progress is this young field of research brought up original techniques to trap, displace and manipulate electrons in solid-state devices.These advances opened up new prospects to study fascinating quantum mechanical phenomena such as tunneling or entanglement with electrons.Due to the controllability that is demanded in possible implementations of quantum logic circuits, it is now a particularly appealing idea to perform electron quantum optics experiments with single flying electrons.In this thesis we address two related, but conceptually different, electron-quantum-optics experiments at the single-particle level.All of the experiments that were conducted in the course of this thesis were performed at cryogenic temperatures with Schottky-gate defined devices in AlGaAs/GaAs heterostructures.In a first experiment, we perform a Mach--Zehnder type electron interference experiment in the ballistic transport regime.Forming a large quantum dot in one of the interferometer branches, we study the phase shift in the wave function of a resonantly transmitted electron.In the course of our experimental investigations, we find signatures of a transmission behaviour which reflect the internal symmetries of the quantum dot eigenstates.Our measurements shed light on the long-standing question about a universal transmission phase behaviour in large quantum dots.We thus set an important milestone towards a comprehensive understanding of resonant transmission of single flying electrons through quantum dots.In a second experiment, we go beyond the ballistic transport regime.We employ surface acoustic waves to transport a single electron between surface-gate defined quantum dots of a tunnel-coupled circuit of transport channels.In this course, we develop two essential building blocks to partition and couple single flying electrons in such a sound-driven circuit.By exceeding a single-shot transfer efficiency of 99 %, we show that a sound-driven quantum electronic circuit is feasible on a large scale.Our results pave the way for the implementation of quantum logic operations with flying electron qubits that are surfing on a sound wave.

Ces travaux de thèse visent à proposer un nouveau type de modulateur acousto-optique intégré exploitantdes ondes élastiques guidées à la surface du niobate de lithium. Ce matériau piézoélectrique permet en effet deréaliser des guides d’ondes optiques intégrés ainsi que des transducteurs à ondes élastiques efficaces. La modulationacousto-optique y reste cependant classiquement limitée par le recouvrement partiel des deux types d’ondes. J’aicherché à développer un nouveau type de guide d’ondes élastiques de surface exploitant les résonances d’épaisseurd’électrodes épaisses et permettant une meilleure exploitation de la conversion d’énergie électrique en énergieélastique dans les dispositifs intégrés.Dans un premier temps, j’ai développé un moyen de confiner l’énergie acoustique en surface afin de l’utiliserplus efficacement. Je me suis tourné vers la réalisation de transducteurs à peignes interdigités pour les ondes acoustiquesde surface permettant de confiner l’énergie qu’ils génèrent dans des électrodes à haut facteur de forme. Lacaractérisation de ces dispositifs a permis de démontrer un fort confinement de l’énergie mécanique, concomitantd’une absence de diffraction à la surface du matériau. Ces dispositifs acoustiques permettent ainsi un guidage del’énergie acoustique dans les trois dimensions de l’espace avec une largeur transverse aussi petite que la longueurd’onde.Dans un second temps, j’ai réalisé des modulateurs acousto-optiques utilisant les transducteurs précédents. Cesmodulateurs sont fondés sur un interféromètre de Mach-Zehnder dont un bras est soumis à l’interaction acoustooptique.Les expériences réalisées ont permis de montrer une modulation de l’onde optique aux fréquences de résonancedes transducteurs à haut facteur de forme. La transmission spectrale de ces interféromètres est par ailleurscannelée en raison d’une légère asymétrie des bras de l’interféromètre. Nous avons observé, à fréquence nulle, unfort décalage en longueur d’onde du spectre cannelé d’environ 20 nm. Ce décalage reste encore inexpliqué. / This thesis intended to propose a new kind of integrated acousto-optical modulator exploiting guided elasticwaves on the surface of a lithium niobate substrate. This piezoelectric material makes it possible to integrate opticalwaveguides as well as efficient elastic waves transducers. Classically, the acousto-optical modulation remainslimited by the partial overlap of the two kind of waves. I have sought to develop a new kind of surface elasticwaveguide exploiting the thickness resonances of thick electrodes allowing a better exploitation of electric energyto elastic energy conversion in integrated devices.First, I have developed a way to confine the acoustic energy at the surface to use it more efficiently. I turnedtowards the realization of interdigitated transducers for surface acoustic waves allowing to confine the generatedenergy in the high aspect ratio electrodes. The characterization of such devices allowed to demonstrate a strongconfinement of the mechanical energy at the surface of the material. These acoustic devices allowed for diffractionlessguiding of the acoustic energy in the three dimensions of space over a transverse width as small as thewavelength.The second part of this thesis was dedicated to the realization of acousto-optical modulators using the previoustransducers. These modulators are based on a Mach-Zehnder interferometer including one arm subjectd to theacousto-optical intercation. Due to a slight asymmetry of the interferometer arms, the spectrale transmission with awhite light source gives a channeled spectrum. Experiments have shown an optical wave modulation at resonancesfrequencies of the high aspect ratio transducers. We have observed, at zero frequency, a strong wavelength shift ofchanneled spectrum of about 20 nm. This shift remains unexplained.

Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen der Transport und die Manipulation optisch angeregter Elektronen-Spins in (110) Quantenfilmen (quantum wells, QWs) mittels akustischer Oberflächenwellen (surface acoustic waves, SAWs). Der starke räumliche Einschluss der Ladungsträger im akustisch erzeugten Potenzial erlaubt spinerhaltenden Ladungsträgertransport mit der akustischen Geschwindigkeit. Auf diese Weise wird langreichweitiger Spintransport über Distanzen > 60 microns demonstriert, welche Spinlebenszeiten von mehr als 20 ns entsprechen. Erreicht werden diese extrem langen Spinlebenszeiten durch drei Effekte: (i) Der D''yakonov-Perel''-Mechanismus ist für Spins in Wachstumsrichtung von (110)-QWs in III-V-Halbleitern unterdrückt. (ii) Aufgrund des Typ-II piezoelektrischen Potenzials der akustischen Oberflächenwelle ist der Bir-Aronov-Pikus Spinrelaxations-Mechanismus sehr schwach. (iii) Der starke Einschluss der Ladungsträger in mesoskopische Bereiche stabilisiert den Spin zusätzlich. In der vorliegenden Arbeit wird erstmals eine Anisotropie des Spintransports in einem externen Magnetfeld (Bext) nachgewiesen. Hierzu wurde die elektronische Spindynamik während des akustischen Transports entlang der [001]- bzw. [1-10]-Richtung untersucht. Während des Transports entlang der [001]-Richtung führt die Präzession der Elektronenspins um das fluktuierende interne Magnetfeld (Bint), das vom Fehlen eines Inversionszentrums im GaAs-Kristallgitter herrührt, zu Spinkohärenzzeiten von etwa 2 ns. Im Gegensatz hierzu ist beim Transport entlang der [1-10]-Richtung die Spinrelaxation für Spins in Wachstumsrichtung um eine Größenordnung langsamer. Grund hierfür ist die endliche mittlere Größe des internen effektiven Magnetfeldes Bint für Transport entlang dieser Richtung. Die beobachtete Anisotropie in der Spindynamik für die beiden Transportrichtungen wird vollständig im Rahmen der Spin-Bahn-Kopplung und des D''yakonov-Perel''-Mechanismus beschrieben und quantitativ erklärt. / In this work, we employ surface acoustic waves (SAWs) to transport and manipulate optically generated spin ensembles in (110) GaAs quantum wells (QWs). The strong carrier confinement into the SAW piezoelectric potential allows for the transport of spin-polarized carrier packets along well-defined channels with the propagation velocity of the acoustic wave. In this way, spin transport over distances exceeding 60 microns is achieved, corresponding to spin lifetimes longer than 20 ns. The demonstration of such extremely long spin lifetimes is enabled by three main factors: (i) Suppression of the D''yakonov-Perel'' spin relaxation mechanism for z-oriented spins in (110) III-V QWs; (ii) Suppression of the Bir-Aronov-Pikus spin relaxation mechanism caused by the type-II SAW piezoelectric potential; (iii) Suppression of spin relaxation induced by the mesoscopic carrier confinement into narrow stripes along the SAW wave front direction. A spin transport anisotropy under external magnetic fields (Bext) is demonstrated for the first time. Employing the well-defined average carrier momentum impinged by the SAW, we analyze the spin dephasing dynamics during transport along the [001] and [1-10] in-plane directions. For transport along [001], fluctuations of the internal magnetic field (Bint), which arises from the spin-orbit interaction associated with the bulk inversion asymmetry of the crystal, lead to decoherence within 2 ns as the spins precess around Bext. In contrast, for transport along the [1-10] direction, the z-component of the spin polarization is maintained for times one order of magnitude longer due to the non-zero average value of Bint. The dephasing anisotropy between the two directions is fully understood in terms of the dependence of the spin-orbit coupling on carrier momentum direction, as predicted by the D''yakonov-Perel'' mechanism for the (110) system.

Cette thèse concerne le développement d’outils microfluidique pour l’ingénierie d’enzymes d’intérêt thérapeutique. La microfluidique à base de gouttelettes présente un énorme potentiel dans le domaine de la biologie quantitative. Nous développons des outils microfluidiques pour l’évolution dirigée de l’enzyme L-asparaginase, enzyme utilisée comme traitement de laleucémie lymphoblastique aiguë. Ce traitement est basée sur une enzyme d’origine bactérienne,ce qui conduit à déclencher des réactions immunitaires qui se traduit par l’interruption du traitement, souvent fatale pour le patient. Cependant, une version humaine de l’enzyme L-asparaginase, qui est moins immunogénique, n’est à l’heure actuelle pas suffisamment active pour être utilisée. L’objectif principal de cette thèse est d’alors d’analyser et de cribler des banques de mutants d’enzymes en utilisant des méthodes classiques de mutagenèse et d’analyser chaque mutant individuellement par le biais de la microfluidique. Pour cela, plusieurs systèmes microfluidiques ont été développés et optimisés afin de répondre à différents critères de sélection pour l’analyse et la sélection de l’enzyme L-asparaginase. La version bactérienne a servi de contrôle positif pour l’optimisation des systèmes microfluidiques afin de pouvoir analyser et de cribler des banques de mutants de la version humaine de l’enzyme L-asparaginase. / This thesis deals with the development of microfluidic tools for the engineering ofenzymes of therapeutic interest. Droplet microfluidics has enormous potential in the field ofquantitative biology. We are developing microfluidic tools based on the directed evolutionof the enzyme L-asparaginase, an enzyme used to treat acute lymphoblastic leukemia. Thistreatment is based on an enzyme of bacterial origin, which leads to immune reactions thatresult in the interruption of treatment, often fatal for the patient. However, a human version ofthe enzyme L-asparaginase, which is less immunogenic, is currently not sufficiently active to beused. The main objective of this thesis is to analyze and screen enzyme mutant libraries usingstandard mutagenesis methods and to analyze each mutant individually through microfluidics.For this, several microfluidic systems have been developed and optimized for different selectioncriteria for the analysis and selection of the enzyme L-asparaginase. The bacterial versionserving as a positive control for the optimization of microfluidic workflows to analyze andscreen mutant libraries of the human version of the enzyme L-asparaginase.

Ce travail rentre dans le cadre de la caractérisation des couches minces, de revêtements et de surfaces fonctionnelles (épaisseur, constantes élastiques,…). Parmi les méthodes de caractérisation potentielles, les méthodes ultrasonores employant des ondes de surface sont particulièrement intéressantes. Pour ce faire, nous avons choisi d’exploiter la dispersion des ondes de surface de type Rayleigh. En effet, les ondes acoustiques de surface (SAW) de type Rayleigh se propagent à la surface d’un matériau et l’énergie véhiculée par ces ondes est confinée sous la surface dans une couche d’épaisseur de l’ordre d’une longueur d’onde. Afin de caractériser ces revêtements, il est nécessaire de travailler sur une large gamme de fréquences. D’autre part, ces couches peuvent être fragiles et transparentes, c’est pourquoi, des transducteurs interdigités (IDT) sont envisagés. Pour optimiser ce type de capteurs, et en particulier leur bande passante, il est nécessaire d’étudier différentes configurations sachant qu’il est notamment possible de faire varier le nombre d’électrodes, les dimensions des électrodes, leurs formes et leurs espacements. Enfin, pour exciter ces ondes de surface dans une large gamme de fréquence avec des niveaux de déplacement suffisants pour la caractérisation des couches minces et revêtements, la technique à double Chirp spatio-temporel basée sur des transducteurs SAW-IDT a été privilégiée. Nous avons montré les potentialités de cette approche en caractérisant premièrement des structures à couche mince métalliques d’épaisseurs de 100 nm et plus, et deuxièmement des revêtements transparents de type sol-gel. / This work is within the scope of characterization of thin layers, coatings and functional surfaces (thickness, elastic constants,…). Among the characterization methods, the ultrasonic methods using surface acoustic waves are particularly interesting. In order to do this, we chose to make use the dispersion phenomenon of Rayleigh-like surface acoustic waves. Indeed, the propagation of these waves is close to the surface of material and the energy is concentrated within a layer under the surface of about one wavelength thick. In order to characterize these coatings and structures, it is necessary to perform measurements in high frequencies. On the other hand, these coatings can be fragile and transparent, this is why in this study, SAW-IDT sensors are achieved for surface acoustic wave generation. For optimization of these SAW-IDT sensors, particularly their band-width, it is necessary to study various IDT configurations by varying the number of electrodes, dimensions of the electrodes, their shapes and spacings. Finally, to generate the surface acoustic waves over a wide frequency range with sufficient displacement amplitude for the characterization of thin films and coatings, a time-space chirp technique with SAW-IDT sensors was selected. We have shown the potential of this approach by characterizing firstly thin metallic layers, and secondly transparent coatings obtained by the sol-gel process.

Surface Acoustic Waves (SAW) fall under a special category of elastic waves that need a material medium to propagate. The energy of these waves is confined to a limited depth below the surface over which they propagate, and their amplitudes decay with increasing depth. As a consequence of their being a surface phenomenon, they are easily accessible for transduction. Due to this reason, a lot of research has been carried out in the area, which has resulted in two very popular applications of SAW - SAW devices and in Non-Destructive Testing and Evaluation. A major restriction of SAW devices is that the SAW need a piezoelectric medium for generation, propagation and reception. This thesis reports the attempt made to overcome this restriction and utilize the SAW on non-piezoelectric substrates for sensing capabilities. The velocity of the SAW is known to be dependent purely on the material properties, specifically the elastic constants and material density. This dependence is the motivation for the sensor system developed in the present work. Information on the survey of the methods suitable for the generation and reception of SAW on non-piezoelectric substrates has been included in the thesis. This is followed by the theoretical and practical details of the method chosen for the present work - the point source/point receiver method. Advantages of this method include a simple and inexpensive fabrication procedure, easy customizability and the absence of restrictions due to directivity of the SAW generated. The transducers consist of a conically shaped PZT element attached to a backing material. When the piezoelectric material on the transmitter side is electrically excited, they undergo mechanical oscillations. When coupled to the surface of a solid, the oscillations are transferred onto the solid, which then acts as a point source for SAW. At the receiver, placed at a distance from the source on the same side, the received mechanical oscillations are converted into an electrical signal as a consequence of the direct piezoelectric effect. The details of the fabrication and preliminary trials conducted on metallic as well as non-metallic samples are given. Various applications have been envisaged for this relatively simple sensor system. One of them is in the field of pressure sensing. Experiments have been carried out to employ the acoustoelastic property of a flexible diaphragm made of silicone rubber sheet to measure pressure. The diaphragm, when exposed to a pressure on one side, experiences a varying strain field on the surface. The velocity of SAW generated on the stressed surface varies in accordance with the applied stress, and the consequent strain field generated. To verify the acoustoelastic phenomenon in silicone rubber, SAW velocities have been measured in longitudinal and transverse directions with respect to that of the applied tensile strain. Similar measurements are carried out with a pressure variant inducing the strain. The non-invasive nature of this setup lends it to be used for in situ measurement of pressure. The second application is in the field of elastography. Traditional methods of diagnosis to detect the presence of sub-epidermal lesions, some tumors of the breast, liver and prostate, intensity of skin irritation etc have been mainly by palpation. The sensor system developed in this work enables to overcome the restrictive usage and occasional failure to detect minute abnormal symptoms. In vitro trials have been conducted on tissue phantoms made out of poly (vinyl alcohol) (PVA-C) samples of varying stiffnesses. The results obtained and a discussion on the same are presented.

The threaded fasteners are one of the most versatile methods for assembly of structural components. For example, in bridges large bolts are used to fix base columns and small bolts are used to support access ladders. Naturally not all bolts are critical for the operation of the structure. Fasteners loaded with small forces and present in large quantities do not receive the same treatment as the critical bolts. Typical maintenance operations such tension measurements, internal stress checking or monitoring of crack development are not practical due to cost and time constrains. Although failure of a single non-critical fastener is not a significant threat to the structure's stability, massive malfunction may cause structural problem such as insufficient stiffness or excessive vibrations. The health of bolted joints is defined by a single parameter: the clamping force (CF). The CF is the force that holds the elements of the joint together. If the CF is too low, separation and bolt fatigue may occur. On the other hand, excessive CF may produce damages in the structural members such as excessive distortion or breakage. The CF is generated by the superposition of the individual tension of the bolts. The bolt tension, also referred as bolt preload, is the actual force that is stretching the bolt body. Maintaining the appropriate tension in bolts ensures a proper CF and hence a good health of the joint. In this thesis, a novel methodology for estimating the tension in bolts using surface acoustic waves (SAWs) is investigated. The tension is estimated by using the reflection of SAWs created by the bolt head interference. Increments in the bolt tension raise the points of interaction between the waves and the bolt head (real area of contact), and hence the position of the reflective boundaries. The variations are estimated using the "conventional linear synthetic array" imaging technique. A singular transducer is actuated from predefined positions to produce an array of signals that are subsequently arranged and added to construct an acoustic image. Three sets of experiment are presented in this research for validating the proposed concept: tension estimation of a ¼ inch stainless steel bolt, a ½ inch stainless steel bolt and ¼ inch grade 8 bolt. Acoustic images of the surface of the clamped plate illustrate a clear trend in the position of the reflective boundary when torque is changed. In all cases, the torque increments increase the real area of contact and therefore the position of the reflective boundary. As expected, the real area of contact grew from the bolt head center to the perimeter, which causes an effect of apparent movement of the boundary. This research proves the potential of the ultrasonic imaging methodology to measure applied tension. The result showed that the system can be used to successfully inspect tension in bolts of ½ and ¼ inches. The methodology investigated in this thesis is the first steps towards the development of bolt tension sensor based on surface acoustic waves.

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Verbesserung der Leistungsbeständigkeit von Interdigitalwandlern für zukünftige SAW-Bauelemente durch die Verwendung von kupferbasierten Fingerelektroden. In Bezug auf die Akustomigration, d.h. der Elektrodenschädigung infolge hochzyklischer SAW-Belastung, besitzt Kupfer im Vergleich zu standardmäßig eingesetztem polykristallinem Aluminium eine erhöhte Beständigkeit. Diese lässt sich weiter verbessern, indem die Grenzflächen der Fingerelektroden gegen die durch SAW-Belastung auftretende Loch- und Hügelbildung stabilisiert werden. Das Ziel bestand deshalb darin, die Aktivierungsenergie für den Materialtransport an den Elektrodengrenzflächen zu erhöhen. Zu diesem Zweck wurden in dieser Arbeit Metallisierungen in Form von Kupfer Aluminium-Schichtstapeln und -Legierungen mit jeweils geringem Aluminiumanteil hergestellt. Es konnte gezeigt werden, dass Fingerelektroden aus wärmebehandelten Kupfer-Aluminium-Schichtstapeln eine signifikant erhöhte Leistungsbeständigkeit aufweisen, wobei der elektrische Widerstand im Vergleich zu vollständig legierten Kupfer-Aluminium-Metallisierungen deutlich reduziert ist. Insbesondere kann dieses Schichtsystem durch Elektronenstrahlverdampfung und Lift-Off-Technologie auch kostengünstig hergestellt werden. Der Einfluss von thermischer- und SAW-Belastung auf den mechanischen Spannungszustand in einer Fingerelektrode wurde mittels einer Finiten-Elemente-Simulation untersucht. Darüber hinaus wird der Schädigungsmechanismus für die Akustomigration anhand eines erweiterten Eyringmodells diskutiert. / The aim of this dissertation is the improvement of the power durability of interdigital transducers for future SAW devices using copper based finger electrode materials. Compared to polycrystalline aluminum, which is typically used as electrode material, copper shows a higher durability with respect to acoustomigration, which can be further increased by a stabilization of the electrode interfaces against material transport. For that purpose, copper based metallizations with a small aluminum content were developed as layer stacks or alloys. It could be shown that heat-treated copper-alumininum layer stacks have a significantly higher power durability while the electrical resistivity is reduced in comparison to completely alloyed copper-aluminium metallizations. Additionally, the thin film layer system can be produced by using economical techniques such as electron beam evapouration and lift-off-technology. The influence of thermal and mechanical load on the stress distribution in the finger electrodes was investigated by a finite elements method. The damage mechanism of acoustomigration will be discussed based on an extended Eyring model.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la manipulation par forces acoustiques de particules et de fluide à petite échelle. Nous avons construit pour cela un système où des ondes acoustiques de surface sont générées sur un substrat piézo-électrique de LiNbO3 à partir d’électrodes interdigitées, puis émises dans une cavité microfluidique, à une fréquence de l’ordre de 37 MHz soient des longueurs d’onde d'environ 100 µm.Dans le cas où deux ondes stationnaires sont émises perpendiculairement et à la même fréquence, nous montrons théoriquement et expérimentalement la présence d’un terme d’interférence qui, selon le déphasage temporel entre les deux ondes, va modifier la localisation des ventres et nœuds de pression dans la cavité, mais aussi donner lieu à des tourbillons dont l’axe de rotation est perpendiculaire au substrat.Nous montrons théoriquement que ces tourbillons proviennent de la forme particulière des écoulements redressés en paroi et, en injectant des microparticules, nous avons déterminé des vitesses angulaire de plusieurs rad/s. Leur disposition spatiale suit une périodicité d'une demi-longueur d'onde, et leur sens de rotation est alternée entre tourbillons voisins horaires et anti-horaires. Que cela soit avec des globules rouges ou des particules de latex, nous avons identifié une dynamique complexe, avec la formation d’agrégats au centre des vortex sous l’effet des forces de radiations et une répartition en différents niveaux par effet de lévitation acoustique dans l’épaisseur de la cavité, en accord avec l'analyse.Dans le cas où des particules d’une dizaine de micromètres sont utilisées, nous observons, outre l’arrangement des objets dans les nœuds de pression, une rotation individuelle de chaque objet, à des vitesses angulaires plus élevées. Nous interprétons ces observations comme la première mise en évidence d’un couple d’origine acoustique sur des microparticules et cellules biologiques à partir d’ondes acoustiques de surface, constituant l’analogue à petite échelle des effets de couples acoustiques décrits par Busse et Wang en 1981.La thèse propose une description détaillée des différentes montages électriques et microfluidiques, avec les différentes étapes conduisant à un laboratoire sur puce permettant la génération tant de forces que de couples acoustiques, mais aussi la manière de qualifier électriquement et optiquement ses performances. / The focus of this PhD thesis was on particles and fluid handling through acoustic forces, at a very small scale. For this purpose, we built a micro-system based on surface acoustic waves emitted from interdigitated electrodes on a lithium niobate piezoelectric substrate. Those waves then leak into a fluid contained in a microfluidic cavity, at a frequency of 37 MHz, leading to 100 µm wavelengths.If two stationnary waves are emitted perpendicularly and at the same frequency, we theoretically and experimentally show evidence of interferences that can, depending on the time phase shift between them, nto only alter the positions of pressure nodes and antinodes in the acoustic cavity, but also give birth to acoustic vortices which axis is normal to the substrate surface.We theoretically show that those vortices come from the special behaviour of acoustic streaming due to a moving surface. Then, while injecting microparticles in the cavity, we measure angular velocities of a few rad/s. Those vortices spatial disposition follows a half-wavelength period, and their rotation alternates between neighbours: clockwise or anticlockwise. We identify a complex dynamic concerning their 3D structure, since small particles tend to aggregate in vertical columns in the center of the vortex because of radiation forces, with a vertical modulation in the height of the cavity, in good agreement with theoretical predictions.When 10 µm large particles are used instead, we observe individual rotations, even for spherical objects, with higher rotation velocities. We believe those observations to be the first evidence of an acoustic net torque exerted on micro-objects such as biological cells or beads stemming from surface acoustic waves, thus a small scale equivalent of acoustic torques described by Busse and Wang in 1981.This manuscript develops a detailed description of both electric and microfuidic devices, giving the successive steps leading to a lab on chip designed to generate acoustic forces and torques at once, and also the method for qualifying and quantifying electrically and optically its performances.

L'usage du spin des électrons pour le traitement de l'information est devenu un vaste sujet de recherche aujourd'hui, notamment grâce aux nombreuses possibilités qui en découlent. Les recherches actuelles s'étendent de la génération de courants polarisés en spin à la manipulation cohérente de spin d'électrons uniques dans des boîtes quantiques, avec des applications en électronique de spin ou en information quantique. L'objectif de cette thèse est d'étendre le développement de l'électronique de spin à l'échelle de l'électron unique. Pour cela, nous cherchons à accomplir le transport cohérent d'un spin d'électron entre deux boites quantiques. Cela constituerait un moyen prometteur d'interconnecter les différents nœuds d'un nanoprocesseur quantique. Le principe utilisé repose sur l'emploi d'ondes acoustiques de surface qui, grâce aux propriétés piézoélectriques du matériau, permettent la génération de boites quantiques en mouvement. Tout d'abord, une étude de l'injection d'un électron dans une de ces boites quantiques en mouvement a été effectuée. Le contrôle à la nanoseconde de ce processus a été démontré grâce à l'application de pulses de tension modifiant pendant un bref instant le potentiel qui confine l'électron. Dans un deuxième temps, la préparation d'une superposition cohérente d'états de spin a été réalisée à l'aide d'une double boite quantique isolée, dans une position compatible avec le transport par onde acoustique de surface. Enfin, le transport d'information de spin, codée sur un unique ou sur deux électrons, a été accompli avec une fidélité atteignant 30%. / Recently a growing interest emerged towards the use of electron spins for information processing. The current developments range from the generation of spin polarized currents to the coherent manipulation of single electron spins in quantum dots, with applications in spintronics and quantum information processing respectively. The main objective of this thesis was to develop the equivalent of spintronics at the single electron level. For that purpose, we try to achieve the coherent transport of a single electron spin between distant quantum dots. This could be a promising means of interconnecting different nodes of a quantum nanoprocessor. The electron transfer is ensured by a surface acoustic wave (SAW) that induces dynamical quantum dots thanks to the material piezoelectricity. First, the injection of a single electron from a static to a dynamical quantum dot has been studied. It enables the control of single electron transfer with unity probability down to the nanosecond timescale, thanks to a fast engineering of the static confining potential. Next, we demonstrate the possibility to prepare a coherent spin superposition, using an isolated double quantum dot in a metastable position that is compatible with SAW-assisted electron transfer. This type of isolated dot systems offers more liberty in terms of control. Taking advantage of this feature, a new scheme for coherent spin manipulations has been implemented and proved to have reduced noise sensitivity. Finally, transfer of spin information encoded in one or two electrons has been achieved, with fidelities reaching 30%.