Дисертації з теми "Dispositifs à transitions métal-Isolant"

Cette thèse traite des fermions fortement corrélés. En particulier, nous étudions la possibilité d’observer des transitions de phase quantiques de l’état isolant vers l’état métallique ou vers la phase supraconductrice dans des systèmes de fermions en interaction sur réseaux. Dans un premier chapitre, nous allons introduire le modèle de Hubbard qui permet de décrire le comportement des électrons dans des solides cristallins dans la limite des liaisons fortes. Nous prouverons dans un second chapitre la possibilité d’obtenir des transitions de phase isolant-métal gouvernées par les interactions entre électrons. Ces transitions sont obtenues dans le cadre du modèle de Hubbard ionique où deux types de comportement isolant peuvent être mis en évidence ? L’état métallique est obtenu lorsque les effets de localisation des deux isolants se compensent ? Puis, dans la continuité de cette étude, nous considérerons un système où les électrons peuvent occuper deux plans couplés. Il existe aussi une phase intermédiaire métallique dans ce modèle. Nous étudierons aussi la possibilité d’obtenir une phase supraconductrice grâce à une symétrie particulière dans ce modèle. Finalement, étudiant u modèle de Hubbard dynamique, nous analysons l’effet du couplage des électrons avec les degrés de liberté internes de l’atome. Ce modèle a l’avantage de présenter une dissymétrique particule-trou qui pourrait donner lieu à un diagramme de phase dissymétrique comme observé dans les matériaux supraconducteurs à haute température de transition
We study the possibility of interaction driven insulator to metal transitions and superconductivity in fermionic systems on lattices. We first introduce the Hubbard model which describes fermions in a crystal in the tight-binding limit. Then we show evidence for interaction-driven insulator-metal transitions in the ionic Hubbard model. At half-filling, when the interaction strength or the staggered potential dominates we find Mott and band insulator, respectively. When these two energies are of the same order we find a metallic phase. Then we study a bilayer Hubbard model which exhibits such insulator to metal transitions and shows an interesting superconducting signal. Finally, we study a bilayer Hubaard model which describes interacting fermions on a lattice whose on-site repulsion is modulated by a coupling to fluctuating bosonic field

Les oxydes sont des matériaux complexes possédant une physique riche et toujours au centre de nombreuses recherches. Parmi ces oxydes, les manganites ont retenu notre attention car ils présentent une transition métal-isolant abrupte en température, générant un très fort coefficient en température en conditions d’environnement standards. L’objectif de ce travail est de démontrer que ce fort coefficient peut être exploité pour l’amélioration des performances des jauges de pression de type Pirani qui subissent un certain essoufflement dans leur développement. La voie menant à l’aboutissement d’une telle jauge à base d’oxydes pose en revanche un certain nombre de limites technologiques à lever et auxquelles nous avons répondu. La première de ces limites concerne l’intégration des oxydes monocristallins sur silicium, que nous avons reproduite et étendue au cas des substrats de type SOI et GaAs. Nos procédés proposent de passer par deux techniques, l’épitaxie par jets moléculaire et l’ablation laser, pour assurer une croissance optimale de nos films sur ces substrats et d’assurer la reproductibilité de leur réponse en température, notamment la position de leur température de transition en accord avec l’état de l’art. L’épitaxie de ces oxydes génère un niveau de contrainte non négligeable qui n’a jamais été mesuré. En concevant divers dispositifs autosupportés, et en s’appuyant sur les considérations théoriques et des modélisations par éléments finis, nous avons pu quantifier la relaxation de cette contrainte importante et assurer près de 100% de reproductibilité des systèmes suspendus. Ces mêmes systèmes nous permettent de caractériser pour la première fois le facteur de jauge des manganites monocristallines par l’application d’une contrainte contrôlée par nanoindentation. Il est également démontré qu’ils constituent des jauges de pression Pirani à la sensibilité accrue de deux ordres de grandeur pour une consommation en puissance réduite. Des solutions permettant d’améliorer l’ensemble des aspects de ces jauges sont étudiées
Functional perovskite oxides are of great interest for fundamental and applied research thanks to the numerous physical properties and inherent mechanisms they display. With the maturation of thin film deposition techniques, research teams are able to reproduce oxide films and nanostructures of great crystalline quality with some of the most remarkable properties found in physics, a state leading now to upper-level thoughts like their ability to fulfill industrial needs. This thesis work is an answer to some of the problematics that arise when considering the oxide transition from the research to the industrial world, by focusing on their integration for micromechanical devices (MEMS) such as sensors. In order to ease the access to MEMS manufacturing, it is of importance to allow the deposition of thin oxide films on semiconductor substrates. A first study show that these access bridges can be crossed when using appropriate buffer layers such as SrTiO3 deposited on Silicon or gallium arsenide – produced in close collaboration with INL by Molecular Beam Epitaxy - and yttria-stabilized zirconia directly grown on silicon by pulsed laser deposition, which adapts the surface properties of the substrate to perovksite-based materials. Formation of thin epitaxial and monocristalline films of functional oxides is thus allowed on such buffer layers. As an example, characterization of two mixed-valence manganites La0.80Ba0.20MnO3 and La0.67Sr0.33MnO3 demonstrates that both materials are of excellent crystalline quality on these semiconducting substrates and that their physical characteristics match the one found on classical oxide substrates like SrTiO3. Stress evolution in thin films, which has a major effect in epitaxial materials, is then addressed to quantify its impact on oxide microstructure viability. This work gives an identification of the most significant factors favoring stress generation in the case of the films we produced. Then, based on the deformation measurement of free-standing cantilevers made of manganites on pseudo-substrates, and with the support of appropriate analytical models, a new state of equilibrium is established, giving new information about the evolution of static stress from deposition to MEMS device manufacturing. Solutions to manage their reproducibility is then studied. From another perspective, free-standing microstructures made of monocristaline manganites were used to display the effect of dynamical strain on their electrical resistivity (piezoresistivity) and their inherent structures.Finally, a specific example of the capabilities of reproducible free-standing microbridges made of manganites is presented through the conception of a pressure gauge based on Pirani effect. Indeed, it is shown that the abrupt resistivity change this material exhibits near their metal-to-insulating transition creates high temperature coefficients in standard application environments that can be taken as an advantage to improve the sensibility and power consumption of such gauges whose development had significantly slowed down over the past years. A set of improvements on their sensitivity range and their signal acquisition is also presented. Combined to a specific and innovative package, it is also demonstrated that Pirani gauge capabilities can be enhanced and that the complete devices fulfill embedded application requirements

Ce travail de these est consacre a la recherche de nouveaux materiaux possedant des proprietes optiques modulables lorsqu'ils sont mis sous forme de couches minces. Le memoire comporte deux grandes parties, l'une est consacree a la realisation, la caracterisation et l'evaluation des proprietes electro-optiques de couches minces d'oxydes d'antimoine, et l'autre a l'etude de la transition metal-isolant intervenant dans des materiaux appartenant a une solution solide d'oxyde de nickel et de terres rares. Dans la premiere partie, le chapitre i concerne la preparation et la determination structurale de materiaux massifs de composition msbo#3 (m = li, na, k, ag). Les parametres structuraux sont precises grace aux affinements des diagrammes de diffraction des rayons x sur poudre pour chaque phase etudiee. L'elaboration de couches minces par evaporation sous vide de ces oxydes et la caracterisation de ces couches fait l'objet d'un deuxieme chapitre. De nombreuses techniques de caracterisation ont ete mises en uvre, chacune apportant des renseignements complementaires sur la composition des depots d'oxydes d'antimoine. Il apparait alors que les couches minces obtenues a partir de msbo#3 sont constituees de deux phases, l'une etant sb#2o#3 et l'autre etant une phase amorphe riche en materiau m (li, na, ag). Des couches minces de sb#2o#3 ont alors ete preparees. Le troisieme chapitre presente une etude du comportement electro-optique des differentes couches minces et de la nature de la reaction electrochimique mise en jeu. Tous les depots presentent un phenomene electrochimique s'accompagnant d'une variation de leur pouvoir de reflexion et de transmission. Bien que toutes les couches minces soient constituees d'oxydes d'antimoine iii, il existe une difference de comportement optique vis-a-vis de la reflexion suivant qu'elles contiennent ou non un alcalin. Ce comportement optique est lie a l'insertion electrochimique du lithium au sein du materiau en couche mince. La seconde partie de ce travail de these concerne la preparation et la caracterisation structurale et electrique de la solution solide sm#1#-#xnd#xnio#3. Tous les materiaux de la solution solide presentent une structure perovskite orthorhombique. La propriete remarquable de ces composes est une transition de phase metal-isolant, elle est etudiee par des mesures d'analyse thermique (dsc) et de conductibilite electrique (mesure a l'aide d'hyperfrequences). Ces mesures ont permis de determiner d'une part la temperature a laquelle intervient le phenomene de transition metal-isolant et d'autre part l'enthalpie de transformation et la conductivite metallique des differentes compositions de la solution solide. En accord avec la litterature, la transition metal-isolant de la solution solide s'interprete naturellement dans le cadre d'un modele mettant en jeu les orbitales de valence et de conduction de l'oxygene et du nickel. Le regime metallique trouve son origine dans la suppression du gap de transfert de charge entre les orbitales pleines et vides de l'oxygene et du nickel

Ce mémoire concerne le problème actuel de la passivation du phosphure d'indium qui est un bon candidat pour les circuits électroniques rapides et optoélectroniques. Pour atteindre cet objectif, un diélectrique mince de 50 à 100 a est formé à la surface de l'INP par trempage dans un plasma multipolaire d'oxygène. Cet isolant mince qui a pour rôle de stabiliser les propriétés électriques de la surface, est caractérisé à l'aide de méthodes optiques et électriques. La caractérisation optique, effectuée à l'aide d'un ellipsomètre à extinction à incidence variable, concerne la détermination des paramètres optiques du diélectrique: épaisseur, indice de réfraction et coefficient d'absorption. Une étude détaillée des incertitudes a été effectuée en vue de définir les conditions optimales de mesure. Ce problème est particulièrement crucial dans le cas de couches d'oxydes dont l'épaisseur ne dépasse pas 100 a. La méthode d'ellipsomètrie à incidence variable ainsi que le calcul des paramètres optiques d'un modèle à double couche ont été également abordés. La caractérisation électrique est effectuée sur des structures métal-isolant-semiconducteur. La barrière de potentiel équivalente et la densité d'états d'interface sont déduites des caractéristiques électriques statiques et dynamiques (courant-tension et capacité-tension). Les résultats obtenus ont permis de choisir les conditions optimales de traitement: lorsque la surface de l'INP est traitée dans un plasma de 2 10#3 w/m#3 sous une pression d'oxygène de 10#-#3 mbar, les courants inverses des diodes mis obtenues sont inferieurs a 10#-#6 a/cm#2

Cette thèse présente une étude du comportement thermique du réseau à basse température dans les conducteurs organiques à transfert de charge quasi-unidimensionnels (TMTSF)2X. A cet effet, une technique capacitive de dilatométrie a été mise au point, permettant d’accéder avec une grande précision (10-8 en valeur relative) aux variations du paramètre de maille suivant l’axe d’empilement des molécules de TMTSF (tétraméthyltétraselenoful-valène). Les résultats des mesures, réalisées sur les deux composés (TMTSF)2PF6 et (TMTSF)2ClO4 ont été corrélés à leurs propriétés physiques, électroniques ou structurales, à basse température. En particulier : - dans (TMTSF)2PF6 l’absence d’anomalie à la transition métal-isolant magnétique sous pression ambiante. - dans (TMTSF)2ClO4 une contraction excédentaire du réseau à la transition de mise en ordre des anions ClO4-, proportionnelle au carré du paramètre d’ordre mesuré aux rayons X. Une analyse phénoménologique d’Ising 3D traitée en champ moyen puis en approximation de Bethe a été développée et permet d’estimer quantitativement les paramètres physiques introduits dans le modèle, tels que l’interaction effective entre les anions, sa variation selon l’axe a, et la constante élastique du système suivant ce même axe
This thesis presents a study of low temperature behaviour of the lattice of quasi-1D charge transfer organic conductors (TMTSF)2X. For this, we develop a capacitance technique for thermal expansion measurements, which provides a very good precision (10-8 for ∆2/2) on the variation of the lattice parameters along the stacking axis of TMTSF (tetramethyltetraselenofulvalene) molecules. The results obtained on the two compounds (TMTSF)2PF6 and (TMTSF)2ClO4 have been correlated to their physical, electronic and structural properties at low temperature. Especially: - in (TMTSF)2PF6 no anomaly was observed at the metal to magnetic insulator transition at ambient pressure. - In (TMTSF)2ClO4 an extra contraction of the lattice accompanies the anion ordering of ClO4-; this term is proportional to the square of the order parameter deduced from X-ray measurements. A phenomenological Ising 3D analysis (treated first in a mean field approximation and then in a Bethe approximation) has been developed and allows us to estimate quantitatively the physical parameters of the model such as the effective interaction between the ions, its variation with the a-axis lattice constant and the elastic constant at the system along this axis

Dans ce travail, nous proposons une nouvelle technique pour l'elaboration de nanoparticules metalliques de taille controlee noyees dans une matrice isolante: le depot d'agregats. Des nanocermets bi-sio#x ont ete prepares par depots simultanes d'agregats de bismuth et de molecules sio#x. Les agregats sont generes par une source thermique ou leur nucleation est assistee par un gaz porteur (ar ou he). Cette source permet d'obtenir des agregats dans une gamme de taille etendue et avec une faible dispersion de taille. Une etude en microscopie electronique a transmission montre que l'on conserve la taille des agregats du jet lors de leur depot en matrice, pour de faibles concentrations de metal. Ceci a ete verifie pour trois distributions de taille d'agregats differentes centrees sur 120 atomes (2 nm de diametre), 400 atomes (3 nm) et 1100 atomes (4 nm). On peut ainsi exercer un controle direct sur la distribution de taille des inclusions metalliques en jouant sur la taille des agregats libres. Contrairement aux techniques habituelles qui necessitent de faire croitre les grains de metal par un recuit, le depot d'agregats permet de synthetiser des cermets ou la taille des nanoparticules et la concentration de metal sont independantes. Nous avons egalement etudie la transition isolant-metal du systeme inhomogene bi-sio#x par des mesures electriques in-situ. Nous avons suivi l'evolution de la resistance des echantillons pendant le depot pour une concentration de metal fixee. Ces resultats ont ete interpretes dans le cadre de la theorie de la percolation. Nous retrouvons l'exposant critique de la conduction predit par cette theorie pour les systemes a trois dimensions tandis que le seuil de conduction est superieur au seuil theorique. Ceci a ete explique par des differences morphologiques entre les matrices modele et experimentale. En-dessous du seuil de percolation, la conduction se fait par tunnel entre les grains metalliques. Des etudes en temperature montrent que la conductivite suit alors la loi de mott pour les systemes desordonnes ou la conduction se fait par saut a portee variable entre etats electroniques localises. Enfin nous avons mis en evidence la possibilite de selectionner en taille les agregats du jet par un selecteur mecanique de vitesse. Ceci devrait permettre a l'avenir d'obtenir des cermets avec une distribution de taille des grains metalliques tres etroite

Deux approches complémentaires pour répondre aux problèmes liés à la miniaturisation des circuits intégrés ont été étudiées. La première se rapporte aux diélectriques "high-κ" comme oxydes de grille : des couches de titanate de strontium ont été déposées sur silicium par épitaxie par jets moléculaire, faisant intervenir une barrière sacrificielle de strontium puis une couche d'accord de maille. Les films, épitaxiés, sont très haute qualité cristalline et l'interface avec le silicium est particulièrement abrupte, avec une couche interfaciale de l'ordre de 0,5 nm seulement. Ces films permettent la reprise d'épitaxie d'autres oxydes fonctionnels, par exemple ferro-électriques. La deuxième approche se base sur l’utilisation de la transition isolant-métal de Mott. Une étude détaillée de la croissance et des propriétés a été menée pour le titanate de lanthane. La stœchiométrie en oxygène a été ajustée par une substitution de l'hafnium au titane, permettant de compenser les faibles dérives de la valence du titane, liées à une insertion d'oxygène additionnel
Two complementary approaches to address the issues related to integrated circuits miniaturization were explored. The first one relates to high-κ materials as gate oxide: films of strontium titanate were grown on silicon by molecular beam epitaxy, using the stacking of a sacrificial Srontium barrier and a buffer layer. These strontium titanate films are of high crystalline quality and show very sharp interface with Silicon, the interfacial layer being only 5 Å thick. This template layer was very efficient for the epitaxial regrowth of other functional oxides, as exemplified in the case of the ferroelectrics. The second approach refers to the use of the Mott metal-insulator transition. A detailed study was carried out in the example of lanthanum titanate, a model material. The effect of growth parameters on the metal-insulator transition was examined in detail. The oxygen constant by substituting a fraction of Titanium by Hafnium: indeed, this doping successfully compensates the small drift in Ti valence related to a small additional oxygen excess

Ce manuscrit présente une étude expérimentale de phase isolante non-conventionnelle, l'isolant d'Anderson, induit par le désordre, l'isolant de Mott, induit par les interactions de Coulomb, et les isolants topologiques.Dans une première partie du manuscrit, je décrirais le développement d'une méthode pour étudier la réponse de charge de nanoparticules par Microscopie à Force Electrostatique (EFM). Cette méthode a été appliquée à des nanoparticules de magnétite (Fe3O4), un matériau qui présente une transition métal-isolant, i.e. la transition de Verwey, lors de son refroidissement en dessous d'une température TV~120 K.Dans une seconde partie, ce manuscrit présente une étude détaillée de l'évolution de la densité d'états au travers de la transition métal-isolant entre un isolant de type Anderson-Mott et une phase métallique dans le matériau SrTiO3, et ceci, en fonction de la concentration de dopants, les lacunes d'oxygènes. Nous avons trouvé que dans un dispositif memoresistif de type Au-SrTiO3-Au, la concentration de dopants pouvait être ajustée par migration des lacunes d'oxygènes à l'aide d'un champ. Dans cette jonction tunnel, l'évolution de la densités d'états au travers de la transition métal-isolant peut être étudiée de façon continue. Finalement, dans une troisième partie, le manuscrit présente le développement d'une méthode pour la microfabrication d'anneaux de Aharonov-Bohm avec l'isolant topologique, Bi2Se3, déposée par épitaxie à jet moléculaire. Des résultats préliminaires sur les propriétés de transport quantique de ces dispositifs seront présentés
This manuscript presents an experimental study of unconventional insulating phases, which are the Anderson insulator, induced by disorder, the Mott insulator, induced by Coulomb interactions, and topological insulators.In a first part of the manuscript, I will describe the development of a method to study the charge response of nanoparticles through Electrostatic Force Microscopy (EFM). This method has been applied to magnetite Fe3O4 nanoparticles, a material that presents a metal-insulator transition, i.e. the Verwey transition, upon cooling the system below a temperature Tv=120K. In a second part, this manuscript presents a detailed study of the evolution of the Density Of States (DOS) across the metal-insulator transition between an Anderson-Mott insulator and a metallic phase in the material SrTiO3 and this, as function of dopant concentration, i.e. oxygen vacancies. We found that in this memristive type device Au-SrTiO3-Au, the dopant concentration could be fine-tuned through electric-field migration of oxygen vacancies. In this tunnel junction device, the evolution of the DOS can be followed continuously across the metal-insulator transition. Finally, in a third part, the manuscript presents the development of a method for the microfabrication of Aharonov-Bohm rings with the topological insulator material, Bi2Se3, grown by molecular beam epitaxy. Preliminary results on the quantum transport properties of these devices will be presented

Ce travail a consisté en l'étude conjointe par calculs ab-initio et analyse topologique de la densité électronique du sel organique à empilements ségrégués (EDO-TTF)2PF6 pour comprendre les mécanismes à l'origine de la transition métal-isolant que ce composé subit à 278K. Cette transition originale peut être photo-induite sur des échelles de temps ultra-court et présente de multiples aspects : instabilité de type Peierls, mise en ordre de charge peu commune du type "0 +1 +1 0" des tétramères d'EDO-TTF et mise en ordre (rotation) des ions PF6. A partir de calculs basés sur la fonctionnelle de la densité (DFT), nous avons pu étudier les structures électroniques dans les deux phases et, avec l'appui de l'analyse des points critiques de liaison intermoléculaires, établir un modèle type liaison forte ajusté sur les structures de bandes ab-initio. Ceci nous a permis de caractériser l'onde de densité de charge et de proposer un mécanisme de transition piloté par les interactions électrostatiques
During this work, we have investigated, using DFT calculation and topological analysis of the electron density, the metal to insulator phase transition occuring in the organic compound (EDO-TTF)2PF6. This phase transition takes place at 278K but can also be photo-induced on pico-second time scale. It also exhibits many different aspects of phase transition : Peierls like instability, exotic 0 +1 +1 0 charge ordering of EDO-TTF tetramers and orientational ordering of PF6 ions. Using high and low temperature band structure as well as bond critical points analysis we could fit a tight-binding model to ab-initio calculations from which we have been able to find and characterize the charge density wave and propose a transition mechanism governed by coulombic interactions

Cette thèse présente l'étude de la coexistence métal isolant dans deux systèmes très différents pour la communauté scientifique de la matière condensée : l'isolant topologique 3D Bi2Te3 et le composé prototype de la transition de Mott V2O3. Ces deux systèmes ont été étudiés par des techniques basées sur la spectroscopie de photoélectrons. La première technique utilisée est le TR-ARPES (time and angle resolved photoemission spectroscopy), avec une résolution temporelle de 80 fs, appliquée à l'isolant topologique 3D Bi2Te3 pour distinguer la dynamique ultra-rapide des états métalliques de la surface de celle des états isolants du volume. Cette mesure a permet de comprendre les différents mécanismes de diffusion entre la surface et le volume, ainsi que l'amélioration de la relaxation du cône de Dirac par la préexistence à la sous-surface d'une bande de flexion. La seconde technique utilisée dans cette thèse est le SPEM (scanning photoelectron microscopy), avec une résolution spatiale de 150 nm, permettant d'étudier la coexistence des domaines métalliques et isolants à la transition de Mott dans V2O3 ; cette coexistence a pour origine le caractère 1 er ordre de la transition. La mesure montre une coexistence métal-isolant dans le Cr-dopé : les domaines métalliques sont dus à des centres de nucléations < 150 nm et la forme des domaines est clairement liée à la forme des marches de clivage.

La transition supraconducteur-isolant en deux dimensions est une transition de phase quantique continue à la température du zéro absolu provoquée par des paramètres externes tels que le désordre, le champ magnétique ou la concentration de porteurs. De telles transitions ont été induites dans une variété de supraconducteurs bidimensionnels en ajustant différents paramètres externes et étudiées avec une analyse de renormalisation de taille finie. Il y a cependant assez peu d'uniformité dans les résultats car à la fois les systèmes supraconducteurs et les paramètres externes sont divers. Dans cette thèse, nous avons d'abord fabriqué des échantillons BSCCO-2212 d'épaisseur d'une cellule unité et de grande qualité avec la technique de collage anodique, une méthode originale d'exfoliation développée dans notre laboratoire pour préparer des cristaux 2D de haute qualité à partir de matériaux lamellaires massifs. Ensuite, nous avons provoqué la transition supraconducteur-isolant dans les échantillons fabriqués de Bi2.1Sr1.9CaCu2O8+x monocouche par dopage par charge d'espace, qui est une technique efficace de dopage électrostatique à effet de champ. Nous avons déterminé les paramètres critiques associés et développé un moyen fiable d'estimer le dopage dans la région non supraconductrice, un problème crucial et central dans ces matériaux. L'analyse par renormalisation de taille finie donne un dopage critique de 0,057 trous/Cu, une résistance critique de ~ 6.85 kOhm et un produit d'exposant critiques νz ~ 1,57. Ces résultats, ainsi que des travaux antérieurs sur d'autres matériaux, fournissent une image cohérente de la transition supraconducteur-isolant et de sa nature bosonique dans le régime sous-dopé de la supraconductivité émergente dans les supraconducteurs à haute température critique. Ensuite, dans la dernière partie de cette thèse, nous avons également étudié les effets de l'inhomogénéité et des fluctuations sur la transition supraconductrice à l'échelle mésoscopique et nanoscopique à la fois avec des simulations et des mesures de transport. L'utilisation d'un échantillon ultra-mince facilite également l'analyse sur deux fronts. Tout d'abord, en deux dimensions, les phénomènes de fluctuation liés à la transition supraconductrice sont exacerbés, facilitant l'analyse des changements de largeurs. Deuxièmement, les aspects liés à la percolation et au clustering peuvent être facilement simulés et comparés à des modèles analytiques. En particulier, les effets des fluctuations sur le côté surdopé et sous-dopé du diagramme de phase d'une monocouche de BSCCO-2212 sont discutés. Nous avons découvert que le régime de fluctuation dans la partie sous-dopée du diagramme de phase est fondamentalement différent de celui dans la partie où p > 0,19. Nous avons discuté du comportement possible des paires de Cooper liées à nos résultats expérimentaux, ainsi que d'une des théories pouvant l'expliquer (transition BEC-BCS)
The superconductor-insulator transition in two dimensions is a continuous quantum phase transition at absolute zero temperature driven by external parameters like disorder, magnetic field, or carrier concentration. Such transitions have been induced in a variety of two dimensional superconductors by tuning different external parameters and studied with a finite-size scaling analysis. There is however not much uniformity in the findings as both the superconducting systems and the tuning parameters are diverse. In this thesis, we first fabricated high quality of one unit-cell BSCCO-2212 samples with anodic bonding technique, an original method of exfoliation developed in our laboratory for preparing high quality 2D crystals from layered bulk materials. Then we revealed the superconductor-insulator transition in the fabricated one unit-cell Bi2.1Sr1.9CaCu2O8+x by space charge doping, which in an effective field effect electrostatic doping technique. We determined the related critical parameters and develop a reliable way to estimate doping in the non-superconducting region, a crucial and central problem in these materials. Finite-size scaling analysis yields a critical doping of 0.057 holes/Cu, a critical resistance of ~ 6.85 kΩ and a scaling exponent product νz ~ 1.57. These results, together with earlier work in other materials, provide a coherent picture of the superconductor-insulator transition and its bosonic nature in the underdoped regime of emerging superconductivity in high critical temperature superconductors. Then in the latter part of this thesis, we also investigated the effects of inhomogeneity and fluctuations on superconducting transition on mesoscopic and nanoscopic scale both with simulation and with simulations and with analysis of transport measurements. The use of an ultra-thin sample also facilitates analysis on two fronts. Firstly, in two dimensions fluctuation phenomena related to the superconducting transition are exacerbated, making the analysis of changes in widths easier. Secondly aspects related to percolation and clustering can be easily simulated and compared with analytical models. Especially, the effects of fluctuations on the overdoped and underdoped side of the phase diagram of one unit-cell BSCCO-2212 are discussed. We discovered that the fluctuation regime in the underdoped part of the phase diagram is fundamentally different from that in the part where p > 0.19. We discussed the possible behaviour of cooper pairs related to our experimental results, as well as one existing theoretical explanation (BEC-BCStransition)

Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit concernent l'étude du rôle des déformations (épitaxiale et d'origine thermique) sur les transitions structurales et électriques du dioxyde de vanadium. A cet effet, nous avons synthétisé des films minces de VO₂ par évaporation à faisceau d'électrons et par ablation laser. La géométrie des déformations est contrôlée en modifiant, d'une part, la nature des substrats et, d'autre part, l'épaisseur des dépôts. Dans le cas de la croissance sur des substrats de saphir (Al₂ O₃ ) orientés (001), le fort désaccord de réseau entraîne une croissance par coïncidence de domaine, de sorte que les déformations résiduelles résultent exclusivement du désaccord de coefficient de dilatation entre la couche et le substrat. L'étude de la transition structurale par diffraction des rayons X et l'étude de la résistivité électrique via un dispositif 4 pointes ont montré que la déformation en tension selon l'axe cᵣ conduit à une augmentation de la température de transition (> 68◦ C). L'apparition d'une phase intermédiaire a été mise en évidence au cours de l'étude structurale en température. La croissance sur des substrats de TiO₂ orientés (001) et (111) est caractérisée par un désaccord de réseau de plus faible (∼ 1%) avec une épaisseur critique de 4 nm, à partir de laquelle des dislocations sont créées en vue de relaxer l'énergie élastique. L'étude des transitions électriques et structurales a mis en évidence que l'évolution des transitions résulte d'une compétition entre les déformations épitaxiales, les déformations d'origine thermique et la présence de lacunes d'oxygène à l'interface
The research presented in this manuscript deals the study of the effect of strain (epitaxial or thermal) on the structural and the electrical transitions of vanadium dioxide. VO₂ thin films have been synthesized by e-beam deposition and Pulsed Laser Deposition methods. The strain geometry is controlled by modifying, on the one hand, the nature of the substrates and, on the other hand, the thickness of thin films. In the case of (001) sapphire substrates (Al₂ O₃ ), the important lattice mismatch leads to a domain matching epitaxial growth mechanism, so that the residual strain solely result from the film/substrate thermal expansion mismatch. The study of the structural phase transition, using X-ray diffraction, and the study of the metal-insulator transition, using a 4-probes device, showed that the tensile strain along the cᵣ axis leads to an increase of the transition temperature (> 68◦ C). The appearance of an intermediate phase was demonstrated during the study of the structural phase transition. Growth on (001)- and (111)-TiO₂ substrates is characterized by a weaker lattice mismatch (∼ 1%), with a critical thickness of 4 nm, from which dislocations are created to relax the elastic energy. The study of electrical and structural transitions has shown that the evolution of transitions results from a competition between epitaxial distorsion, thermal distorsions and the presence of oxygen vacancies at the interface

L'incroyable croissance des semi-conducteurs a été possible par l'extrême miniaturisation des composants CMOS jusqu'à des dimensions nanométriques. Aujourd'hui pour poursuivre cette évolution, il devient nécessaire d'introduire de nouvelles architectures de composants. Dans ce contexte, ce travail étudie l'une des architectures les plus prometteuses: le transistor CMOS double-grille de type FinFET. Ce travail présente notamment un procédé innovant, le procédé « spacer first », apportant une solution aux défis technologiques majeurs de ce type de composants, à savoir: les problèmes de résidus de gravure de grille, l'apparition d'espaceurs parasites le long des ailettes constituant la zone active du transistor et les résistances séries élevées. Une seconde partie de cette thèse décrit le développement technologique menant à la réalisation des transistors. 1) L'optimisation de la lithographie électronique conduit à la formation de réseaux d'ailettes nanométriques massivement parallèles. 2) Un oxyde de grille de 2 nm est formé, par croissance thermique, de manière conforme sur le pourtour des ailettes. 3) Un procédé de type damascène ingénieux permet l'obtention du module de grille (espaceurs compris) tout en s'affranchissant des problèmes de gravures liés à la topologie du substrat. 4) Des jonctions métalliques, peu résistives, de type Schottky à très faible hauteur de barrière sont intégrées. Finalement une dernière section de ce travail est consacrée à la caractérisation électrique des composants développés et démontre la qualité du travail accompli par l'obtention de performances au niveau de l'état de l'art des transistors à contacts Schottky
The incredible growth of semiconductor industry has been possible thanks to the extreme downscaling of CMOS devices up to nanometric dimensions. However to continue this evolution, it becomes necessary to introduce new device architectures. Ln that context, this study deals with one ( the most promising architecture : the CMOS double gate transistor, called FinFET. Ln particular, it presents an innovative process, named "spacer first", which gives a solution to the major technological challenges of such transistors. A second part of this work is focused on process development. 1) The optimization of the e-beam lithography leads to the realization of nanometric fins densely packed. 2) A 2-nm gate oxide is thermally grown uniformly around silicon fins. 3) An innovative damascene type process enables the realization of gate module (spacers included) without any stringers. 4) Metallic and low Schottky barrier junctions are integrated. Finally, the last section of this work is dedicated to the electrical characterization of the proposed devices and demonstrates the validity of this work thanks to electrical performances at the state of the art of Schottky barrier transistors

Ce manuscrit présente une étude expérimentale de phase isolante non-conventionnelle, l'isolant d'Anderson, induit par le désordre, l'isolant de Mott, induit par les interactions de Coulomb, et les isolants topologiques.Dans une première partie du manuscrit, je décrirais le développement d'une méthode pour étudier la réponse de charge de nanoparticules par Microscopie à Force Electrostatique (EFM). Cette méthode a été appliquée à des nanoparticules de magnétite (Fe3O4), un matériau qui présente une transition métal-isolant, i.e. la transition de Verwey, lors de son refroidissement en dessous d'une température TV~120 K.Dans une seconde partie, ce manuscrit présente une étude détaillée de l'évolution de la densité d'états au travers de la transition métal-isolant entre un isolant de type Anderson-Mott et une phase métallique dans le matériau SrTiO3, et ceci, en fonction de la concentration de dopants, les lacunes d'oxygènes. Nous avons trouvé que dans un dispositif memoresistif de type Au-SrTiO3-Au, la concentration de dopants pouvait être ajustée par migration des lacunes d'oxygènes à l'aide d'un champ. Dans cette jonction tunnel, l'évolution de la densités d'états au travers de la transition métal-isolant peut être étudiée de façon continue. Finalement, dans une troisième partie, le manuscrit présente le développement d'une méthode pour la microfabrication d'anneaux de Aharonov-Bohm avec l'isolant topologique, Bi2Se3, déposée par épitaxie à jet moléculaire. Des résultats préliminaires sur les propriétés de transport quantique de ces dispositifs seront présentés
This manuscript presents an experimental study of unconventional insulating phases, which are the Anderson insulator, induced by disorder, the Mott insulator, induced by Coulomb interactions, and topological insulators.In a first part of the manuscript, I will describe the development of a method to study the charge response of nanoparticles through Electrostatic Force Microscopy (EFM). This method has been applied to magnetite Fe3O4 nanoparticles, a material that presents a metal-insulator transition, i.e. the Verwey transition, upon cooling the system below a temperature Tv=120K. In a second part, this manuscript presents a detailed study of the evolution of the Density Of States (DOS) across the metal-insulator transition between an Anderson-Mott insulator and a metallic phase in the material SrTiO3 and this, as function of dopant concentration, i.e. oxygen vacancies. We found that in this memristive type device Au-SrTiO3-Au, the dopant concentration could be fine-tuned through electric-field migration of oxygen vacancies. In this tunnel junction device, the evolution of the DOS can be followed continuously across the metal-insulator transition. Finally, in a third part, the manuscript presents the development of a method for the microfabrication of Aharonov-Bohm rings with the topological insulator material, Bi2Se3, grown by molecular beam epitaxy. Preliminary results on the quantum transport properties of these devices will be presented

Le dopage (1% atomique) par une sonde Mössbauer (57Fe) a permis –au sein de réseaux oxygénés dérivés de la structure perovskite renfermant le nickel trivalent (RNiO3 : R=terre rare ou Tl), le cuivre trivalent (LaCuO3, SrCuO4, La2Li0. 50Cu0. 50O4) et la valence mixte III/IV du manganèse (CaMn7O12)- de mettre en évidence divers phénomènes électroniques (ordre orbitalaire, transition métal-isolant, dismutation) et structuraux. La spectroscopie Mössbauer conduit à préciser divers paramètres caractérisant l’environnement local de la sonde et apporte ainsi une approche nouvelle par rapport aux techniques basées sur les interactions à longue distance (techniques de diffraction notamment)
This thesis is devoted to the study of electronic phenomena, structural and magnetic transitions through Mössbauer Spectroscopy using 57Fe as local probe (1 to 2% at. ). Three different matrixes have been selected: (i) the nickelates TNiO3 with the perovskite structure (T=rare-earth, Y, Tl), (ii) the copper 3+ oxides: LaCuO3 with the perovskite structure, SrLaCuO4 and La2Li0. 50Cu0. 50O4 with the K2NiF4-type structure, (iii) the oxide CaMn7O12 with a structure derived from the perovskite (CaMn )(Mn Mn4+)O12 where a Jahn-Teller cation (Mn3+) can occupy the A site. Mössbauer spectroscopy has allowed to underline the following electronic and structural phenomena: (i) for the TNiO3 matrixesthe insulationmetal transition, the disproportionation, the magnetic ordering involving two Ni3+ electronic configurations; (ii) for the Cu3+ Oxides: the charge transfert Cu3+ O  Cu2+ OL; (iii) in the case of CaMn7O12 matrix two phenomena: a second order structural transition (rhomboedral  cubic) (387T455 K), a second order magnetic transition close to 90 K

Ce mémoire présente une étude de la préparation de couches minces du SmFeO3 (SFO) et du LaNiO3 (LNO) par ablation laser.
L'étude s'est d'abord focalisée sur la croissance du SFO sur silice amorphe afin de déterminer les conditions de croissance. Les épaisseurs sont mesurées in situ pendant la croissance par ellipsométrie spectroscopique. La variation thermique des indices optiques ainsi que les paramètres de maille présentent deux transitions qui semblent être corrélées aux températures de Curie (Tc) et de réorientation de spin (TRS). Une croissance épitaxiale du SFO (cube sur cube) sur STO (001) a été aussi obtenue. Les mesures magnétiques à l'ambiante (SQUID) montrent que les moments magnétiques pointent dans la direction perpendiculaire au film, c'est à dire suivant c, axe de facile aimantation à haute température (T> TRS) contrairement aux prévisions (axe a).
Une optimisation des températures de substrat et de pression d'oxygène a été ensuite réalisée lors de la croissance épitaxiale (cube sur cube) du LNO sur STO (001). La variation thermique des indices optiques, linéaire, présente un changement de pente dans la gamme [200-300°C]. L'ellipsométrie permet également la détection des transitions métal-isolant associées à la réduction et ré-oxygénation des films. La cinétique de la ré-oxygénation est détaillée ainsi que le contrôle de l'état d'oxydation.
Enfin, nous avons étudié les hétérostructures SFO/LNO/STO et SFOII/LNOII/SFOI/LNOI /STO. Nous avons montré que SFO croit de manière épitaxiale (cube sur cube) sur LNO. L'influence des épaisseurs de SFO et de LNOII sur les propriétés de transport à basse température des empilements est finalement démontrée.

J'étudie en détail la solution d'un modèle simplifié d'électrons fortement corrélés, à savoir le modèle de Hubbard dimérisé. Ce modèle est la réalisation la plus simple d'un problème de cluster DMFT. Je fournis une description détaillée des solutions dans une région de coexistence où l'on trouve deux états (méta) stables des équations DMFT, l'un métallique et l'autre isolant. De plus, je décris en détail comment ces états disparaissent à leurs lignes critiques respectives. Je clarifie le rôle clé joué par la corrélation intra-dimère, qui agit ici en complément des corrélations de Coulomb.Je passe en revue la question importante du passage continue entre unisolant Mott et un isolant Peierls où je caractérise une variété de régimes physiques. Dans un subtil changement de la structure électronique, lesbandes de Hubbard évoluent des bandes purement incohérentes (Mott) à desbandes purement cohérentes (Peierls) à travers un état inattendu au caractère mixte. Je trouve une température d'appariement singulet T* en-dessous de laquelle les électrons localisés à chaque site atomique peuvent se lier dans un singulet et minimiser leur entropie. Ceci constitue un nouveau paradigme d'un isolant de Mott paramagnétique.Enfin, je discute la pertinence de mes résultats pour l'interprétation de différentes études expérimentales sur VO₂. Je présente plusieurs arguments qui me permettent d'avancer la conclusion que la phase métallique, à vie longue (métastable) induite dans les expériences pompe-sonde, et l'état métallique métastable M₁, thermiquement activé dans des nano-domaines, sont identiques. De plus, ils peuvent tous être qualitativement décrits, dans le cadre de notre modèle, par un métal corrélé dimérisé
We study in detail the solution of a basic strongly correlated model,namely, the dimer Hubbard model. This model is the simplest realization ofa cluster DMFT problem.We provide a detailed description of the solutions in the ``coexistentregion'' where two (meta)stable states of the DMFT equations are found, onea metal and the other an insulator. Moreover, we describe in detail howthese states break down at their respective critical lines. We clarify thekey role played by the intra-dimer correlation, which here acts in additionto the onsite Coulomb correlations.We review the important issue of the Mott-Peierls insulator crossoverwhere we characterize a variety of physical regimes. In a subtle change inthe electronic structure the Hubbard bands evolve from purely incoherent(Mott) to purely coherent (Peierls) through a state with unexpected mixedcharacter. We find a singlet pairing temperature T* below which thelocalized electrons at each atomic site can bind into a singlet and quenchtheir entropy, this uncovers a new paradigm of a para-magnetic Mottinsulator.Finally, we discuss the relevance of our results for the interpretation ofvarious experimental studies in VO₂. We present a variety of argumentsthat allow us to advance the conclusion that the long-lived (meta-stable)metallic phase, induced in pump-probe experiments, and the thermallyactivated M₁ meta-stable metallic state in nano-domains are the same.In fact, they may all be qualitatively described by the dimerizedcorrelated metal state of our model

Cette thèse est consacrée à des mesures de transport électronique dans des transistors mono-électroniques de type MOSFET silicium à base de nanofil.
L'îlot de blocage de Coulomb n'est pas formé par des constrictions ou des barrières d'oxyde mais par une modulation du dopage et une grille couvrant la partie centrale du fil. Ces dispositifs sont des transistors mono-électroniques très stables et bien contrôlés.
Quand il ne contient que peu d'électrons, l'îlot est dans un régime localisé où l'espacement entre résonances de Coulomb est très irrégulier. A partir de quelques dizaines d'électrons l'îlot devient diffusif. Dans ce cas les fluctuations de l'espacement entre résonances sont petites et correspondent à l'espacement entre niveaux à une particule.
Le blocage de Coulomb contrôlé permet d'analyser les barrières formées par les parties faiblement dopées du fil. A petite échelle, le remplissage de dopants individuels cause des anomalies dans le spectre de Coulomb qui permettent de remonter à la matrice de capacité, la position approximative, la dynamique et le spin des dopants. A grande échelle l'augmentation de la densité électronique dans les barrières avec la tension de grille entraîne une forte augmentation de la constante diélectrique dans les barrières. Nous observons un bon accord entre constante diélectrique et conductance des barrières via les lois d'échelle de la transition métal-isolant.

Dans ce travail de thèse nous avons réalisé une étude rigoureuse, au moyen de différentes techniques expérimentales, du comportement magnétique et électrique du composé laminaire CuFeTe2. Cinq échantillons ont été analysés, quatre ayant été préparés par la méthode standard de fusion et recuit et l'un d'eux par la méthode de croissance verticale de Bridgman. Une étude de la composition chimique au moyen de la technique EDX montre que l'un des échantillons est stoechiométrique. Les résultats de diffraction de rayons X confirment la structure tétragonale et laminaire du composé. Les résultats des mesures de susceptibilités magnétiques, faites dans une balance de Faraday (78-350 K, sous un champ de 2. 8 kG) et dans un magnétomètre SQUID (2-320 K, sous des champs de 35 et 70 Gauss), indiquent l'apparition d'un ordre antiferromagnétique au dessous d'environ 300 K, avec un comportement paramagnétique de Pauli au dessus de cette température. Le comportement est attribué à la formation d'un état d'Ondes de Densité de Spin (ODS) dans le CuFeTe2. Un autre élément en faveur de l'existence de l'ODS est donné par les mesures d'effet Mössbauer: Dans le domaine de température 2-310 K il apparaît une variété de spectres qui vont d'une structure magnétique incommensurable, en passant par une superposition de l'état magnétique avec une contribution non magnétique, jusqu'à la disparition complète du premier. Pour confirmer le caractère itinérant du magnétisme observé, un spectre réalisé sous un champ de 6. 5 Tesla montre que le fer n'a pas de moment magnétique localisé. ,Ces résultats nous ont permis de donner une nouvelle interprétation de spectres Mösbauer observés en ODS, car on peut voir comment les proportions de l'état condensé (spectre de l'onde incommensurable) et de l'état normal (doublet paramagnétique) varient en fonction de la température. .
In this thesis work we achieved a rigorous study, by means of different experimental techniques, of the magnetic and electric behavior of the layered compound CuFeTe2. Five samples have been analyzed: four have been prepared by standard melt and anneal techniques and one of them by the Bridgman vertical growth technique. A study of the chemical composition by the EDX technique shows that one of the samples is stoichiometric. The results of X-ray diffraction confirm the tetragonal layered structure of the compound. The magnetic measurements results, performed in a Faraday balance (78-350 K, under a magnetic field of 0. 28 T) and in a SQUID magnetometer (2-320 K, under fields of 35 and 70 G), indicate the appearance of an antiferromagnetic order below about 300 K, with a Pauli paramagnetic behavior above this temperature. This behavior is attributed to the formation of a Spin Density Wave (SDW) state in CuFeTe2. Another element in favor of the existence of the SDW is given by the Mössbauer effect measurements: In the temperature range 2-310 K a variety of spectra are observed, going from an incommensurate magnetic structure, to whom is superposed a non magnetic contribution as temperature raises, until the complete disappearance of the first one. To confirm the itinerant character of the observed magnetism, a spectrum recorded under a magnetic field of 6. 5 T shows that iron doesn't hold a magnetic moment. .

Cette thèse concerne l'étude du rôle des électrons, des phonons et de leur dynamique dans les transitions de phase de deux systèmes fortement corrélés, le composé prototype de Mott (V{1-x}Cr_{x})_2O_3 et le pnicture de fer supraconducteur Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2. Ces systèmes ont été étudiés grâce à deux techniques complémentaires, la spectroscopie de photoélectrons et la réflectivité pompe-sonde. Les mesures de réflectivité transitoire dans (V{1-x}Cr_{x})_2O_3 ont permis de mettre en évidence un durcissement photo-induit du réseau cristallin, dû à la modification ultra-rapide (à l'échelle femtoseconde) de la structure électronique du matériau. La mesure de phonons optiques et acoustiques cohérents a permis de montrer le lien entre excitation électronique, propriétés réticulaires et corrélations électroniques. Des mesures de photoémission résolue spatialement à l'échelle microscopique ont également permis, dans certaines parties du diagramme de phases, la visualisation de domaines isolants de Mott et métalliques. Concernant Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2, la première mesure d'un phonon optique cohérent dans un pnicture de fer a permis d'interpréter la relaxation électronique transitoire de ce système comme gouvernée par un couplage électrons-phonons sélectif. La valeur du couplage électrons-phonons déterminée par cette méthode, lambda=0.12, est trop faible pour que la supraconductivité de ce système soit médiée par les phonons. La structure électronique de Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2 a été mesurée par photoémission résolue en angle à basse énergie de photon, permettant une résolution en énergie et en vecteur d'onde optimales. La dispersion des bandes autour du centre de la zone de Brillouin ainsi que leur symétrie ont ainsi été déterminées, et la modification de structure électronique induite par la transition supraconductrice a été mesurée. Cette dernière consiste en un transfert de poids spectral inter-bandes et l'ouverture de gaps sélectifs, reflétant le caractère complexe de la structure électronique des supraconducteurs multi-bandes.

En présence de désordre, la diffusion des particules peut être complètement annihilée, donnant lieu à la fameuse localisation d’Anderson. En dimension trois, une transition de phase sépare une telle phase isolante du régime diffusif. À partir de différentes approches théoriques et numériques, cette thèse a pour objectif de déterminer l’effet des interactions entre particules sur la localisation d’Anderson et sur la transition d’Anderson, dans le contexte expérimental des condensats de Bose-Einstein. Dans le cas unidimensionnel, la compétition entre désordre et interaction induit l’existence de trois régimes dynamiques dont les caractéristiques sont étudiées grâce à une approche spectrale. En nous appuyant sur le modèle du rotateur frappé quasi-périodique, nous caractérisons l’émergence du régime sub-diffusif qui tend à remplacer le régime localisé dans le cas tridimensionnel. Nous étudions également la dynamique des excitations du système et démontrons l’universalité de la transition d’Anderson vis-à-vis des quasi-particules de Bogoliubov. Dans l’objectif d’étudier la validité de l’équation de Gross-Pitaevskii, nous nous sommes enfin intéressés à une nouvelle approche, la méthode de la troncature d’Husimi. Celle-ci nous permet d’envisager une étude de la compétition entre désordre et interaction enrichie par la prise en compte du bruit quantique
In a disordered potential, the diffusive transport of non-interacting particles can be inhibited, a phenomenon known as Anderson localization. In three dimensions, there exists a quantum phase-transition between localized (insulator) and diffusive (metal) dynamics. A long-standing question is the effect of interactions on such dynamics. The goal of this thesis is to investigate this problem theoretically and numerically in the experimental framework of Bose-Einstein condensates. In one dimension, the interplay between disorder and interactions leads to the existence of three regimes which are characterized with a spectral approach. In three dimensions, using a “quantum simulator” of the 3D Anderson model we show the emergence of sub-diffusion in lieu of Anderson localization. Considering the excitations of the system in the very weakly interacting regime, we also demonstrate that the concept of universality of the Anderson transition also applies to Bogoliubov quasi-particles. Finally, we show the relevance of a new method, the truncated Husimi method, in order to take into account the effect of quantum noise on interacting disordered systems

Cette thèse porte sur la caractérisation et l'étude du magnéto-transport sur les structures de type HgTe/CdTe sous contraintes développant un transport de surface topologique tout en étant isolant en volume ; on nomme cette nouvelle classe de matériau isolant topologique 3D.Je développerai dans cette thèse la caractérisation et définition d'un isolant topologique 2D/3D pour ensuite me focalise plus particulièrement sur les systèmes II-VI HgTe/CdTe.Une partie de la thèse développe les conditions de croissance réalisées au CEA/Leti ainsi que la caractérisation du matériau par rayon X. La structure de bande des surfaces est caractérisée par ARPES.Une troisième partie traite de la fabrication des barres de Hall nécessaires à la caractérisation du comportement topologique des surfaces. La partie développement expérimentale est également fournie.La dernière partie traite du magnétotransport réalisé avec ces barres de Hall à faible et fort champ magnétique. Le comportement ambipolaire, une phase de Berry non triviale, l'antilocalisation faible et l'effet Hall quantique entier dans ces structures sont abordés tout tentant de fournir une interprétation des résultats obtenus
This report deal with caracterisation of magnetotransport in HgTe/CdTe structures bulk strained in that a topological surface transport is predicted. This new kind of material is a 3D topological insulator.In this thesis, I will explain what means 3D/2D topological insulator before focusing on II-VI system lijke HgTe/CdTe.Next, I will discuss about growing conditions performed in CEA/Leti and then material caracterisation by X-ray. Surfaces band structures were also, observed by ARPES, underligned in the report.A third part deal with Hall bars design and conception in order to emphasize topological behavior of these surfaces.The last part shows the results obtained on these Hall bars with magnetotransport at low and high magnetic field. Ambipolaire behaviour, non trivial Berry phase, weak antilocalization and the interger quantum hall effect in HgTe/CdTe structures are studied and a possible interpretation of these results are given

Cette thèse concerne l’étude de l’effet du dopage au chrome sur les propriétés structurales, électriques et optiques des films de dioxyde de vanadium. Ces films V(1-x)CrxO2 (x allant de 0 à 25%) de 110 nm d’épaisseur ont été déposés par dépôt par ablation laser (PLD) multicibles sur substrat saphir c. Ils ont été caractérisés grâce à des techniques d’analyse morphologique, structurale, électrique et optique. Les différentes phases présentes dans les films V(1-x)CrxO2 ont été identifiées par DRX, spectroscopie Raman et comparées au diagramme de phase du matériau massif. Les phases M1, M2 et M3, un mélange M2 + M3 et la phase R ont été identifiées. En revanche la phase M4 n’a pas été détectée pour des dopages supérieurs à 8%, montrant une réelle différence entre diagrammes de phase du matériau massif et des films. Le dopage au chrome a permis d’augmenter la température de transition isolant-métal de 68 à 102°C. En revanche, la dynamique de cette transition, déterminée par mesure de transmission optique ou par mesure de résistivité électrique, est souvent diminuée. Enfin, des dispositifs à deux terminaux à base de films V(1-x)CrxO2 ont été réalisés. Leurs caractérisations courant-tension montrent que le dopage au chrome influence fortement le seuil d’activation de la transition entre les états isolant et métallique
This thesis presents a study of the effect of chromium doping on structural, electrical and optical properties of thin films of vanadium dioxide. These V(1-x)CrxO2 thin films (x from 0 to 25%) of 110 nm thick have been deposited on c sapphire substrate by multi target Pulsed Laser Deposition method. Their morphological, structural, electrical and optical properties have been studied. Different phases for V(1-x)CrxO2 have been identified by XRD and Raman analysis and compared to those of bulk material. M1, M2, M3, a mixture M2 + M3 and R phases are present. The M4 phase has not been detected for doping above 8%, showing a real difference between phase diagram of bulk and thin films. Chromium doping also increases the metal-insulator transition temperature from 68°C to 102°C. Moreover, the transition dynamics, determined using optical transmission and electrical resistivity measurements, decreases. Finally, two terminal switches based on V(1-x)CrxO2 thin films have been fabricated. Their current-voltage characterization showed that chromium doping affects the activation threshold voltage of the metal to insulator transition

En présence de désordre, la diffusion des particules peut être complètement annihilée, donnant lieu à la fameuse localisation d’Anderson. En dimension trois, une transition de phase sépare une telle phase isolante du régime diffusif. À partir de différentes approches théoriques et numériques, cette thèse a pour objectif de déterminer l’effet des interactions entre particules sur la localisation d’Anderson et sur la transition d’Anderson, dans le contexte expérimental des condensats de Bose-Einstein. Dans le cas unidimensionnel, la compétition entre désordre et interaction induit l’existence de trois régimes dynamiques dont les caractéristiques sont étudiées grâce à une approche spectrale. En nous appuyant sur le modèle du rotateur frappé quasi-périodique, nous caractérisons l’émergence du régime sub-diffusif qui tend à remplacer le régime localisé dans le cas tridimensionnel. Nous étudions également la dynamique des excitations du système et démontrons l’universalité de la transition d’Anderson vis-à-vis des quasi-particules de Bogoliubov. Dans l’objectif d’étudier la validité de l’équation de Gross-Pitaevskii, nous nous sommes enfin intéressés à une nouvelle approche, la méthode de la troncature d’Husimi. Celle-ci nous permet d’envisager une étude de la compétition entre désordre et interaction enrichie par la prise en compte du bruit quantique
In a disordered potential, the diffusive transport of non-interacting particles can be inhibited, a phenomenon known as Anderson localization. In three dimensions, there exists a quantum phase-transition between localized (insulator) and diffusive (metal) dynamics. A long-standing question is the effect of interactions on such dynamics. The goal of this thesis is to investigate this problem theoretically and numerically in the experimental framework of Bose-Einstein condensates. In one dimension, the interplay between disorder and interactions leads to the existence of three regimes which are characterized with a spectral approach. In three dimensions, using a “quantum simulator” of the 3D Anderson model we show the emergence of sub-diffusion in lieu of Anderson localization. Considering the excitations of the system in the very weakly interacting regime, we also demonstrate that the concept of universality of the Anderson transition also applies to Bogoliubov quasi-particles. Finally, we show the relevance of a new method, the truncated Husimi method, in order to take into account the effect of quantum noise on interacting disordered systems