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The Dzyaloshinskii-Moriya interaction in ultrathin magnetic films gives birth to chiral magnetic domain walls, which have a potential for applications in spintronics and magnetic storage. This thesis aims for a better description of chiral domain-walls under an external in-plane magnetic field used to affect their static and dynamic behaviors. The first chapter gives an overview of existing theoretical and experimental works concerning chiral domain walls. The second chapter describes the methods used by the author to measure the velocity of domain walls in three different samples of ultrathin magnetic films with perpendicular anisotropy. A new semi-analytical model, dubbed the "small-circle" and detailed in chapter three, was developed to address the determination of the domain wall structure. The fourth chapter presents the experimental results of our study of domain wall velocity under out-of-plane and in-plane field, as well as the universal analysis allowing to extract pinning parameters and the value of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction. Finally, chapter five shows that our experiments allow to measure the strength and length-scale of the interaction between domain walls and the underlying pinning disorder., L'interaction Dzyaloshinskii-Moriya dans les couches magnétiques ultraminces est à l'origine de parois de domaines magnétiques chirales, qui présentent un fort intérêt pour la spintronique et le stockage magnétique. Cette thèse cherche à obtenir une meilleure description des parois magnétiques chirales soumises à un champ planaire permettant de modifier leur comportement statique et dynamique. Le premier chapitre de la thèse fait le point sur les théories existantes et les derniers résultats expérimentaux concernant la dynamique de parois chirales. Le deuxième chapitre décrit les méthodes utilisées pour mesurer la vitesse des parois de domaines dans trois échantillons de couches magnétiques ultraminces à anisotropie perpendiculaire. Pour accéder à la structure des parois nous avons développé un nouveau modèle micromagnétique, dit du petit cercle, qui est présenté dans le chapitre trois. Le chapitre quatre présente nos résultats expérimentaux de dynamique de parois, ainsi que l'analyse universelle permettant d'en extraire les paramètres macroscopiques décrivant le désordre et la valeur de l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya. Enfin, le cinquième chapitre présente nos conclusions sur l'interaction entre la structure des parois de domaine et son ancrage par l'échantillon.

The objective of this PhD thesis is the study of magnetic domain walls, and more generally of magnetic textures, in nanostructures. This work is motivated by the coupling between electrons responsible for magnetism and those for electrical conduction, nowadays called spin transfer torque, enabling domain wall dynamics under spin current. Knowledge of domain walls' dynamic behaviour and static characteristics is thus required. The tool used all along this work has been the magnetic force microscopy. The main study of this work is the experimental demonstration of magnetic domain wall automotion in NiFe nanostrips. We studied this phenomenon in the case of a domain wall transformation and then analyzed its role for domain wall dynamics under short current pulses. The static properties of such structures prove equally important. They have been studied using anisotropic magnetoresistance measurement for domain walls under quasi-static rotating magnetic field. Finally, new material studies being one the main research direction for spin transfer torque issues, a third part has been devoted to study the complex magnetization distribution in NiPd nanostructures. For all the topics developed in this work, micromagnetic simulations have been carried out in order to deepen our understanding., Cette thèse a pour objectif l'étude des parois de domaines magnétiques, et plus généralement des textures magnétiques, dans des nanostructures. Ce travail est motivé par le couplage entre les électrons responsables du magnétisme et ceux de la conduction électrique, appelé transfert de spin, qui donne lieu à la dynamique de parois de domaines sous courant de spin. La connaissance du comportement dynamique et des caractéristiques statiques de telles structures est alors indispensable. L'outil principalement utilisé dans de ce travail est la microscopie à force magnétique, et ce présent dans l'ensemble des sujet abordés. L'étude principale de ce travail concerne la mise en évidence expérimentale de l'automouvement de paroi dans des nanopistes de NiFe. Nous avons montré ce phénomène dans le cas d'une transformation de parois puis analysé l'importance qu'il a pour la dynamique de parois dans le cas général aux impulsions courtes. Les propriétés statiques ont aussi été étudiées par des mesures de magnétorésistance anisotrope pour des parois soumises à un champ magnétique tournant quasi-statique. Finalement, L'aspect “nouveaux matériaux” étant un des grands axes de recherche concernant le transfert de spin, une troisième partie a été consacrée à l'étude de la distribution d'aimantation complexe des nanostructures de NiPd. Pour tous les sujets abordés dans ce travail, des calculs micromagnétiques ont été effectués pour appuyer notre compréhension.

The purpose of this work was to develop a ballistic electron emission microscopy (BEEM) set-up that could be used to study magnetic objects at the nanometer scale (magnetic domains and nanostructures imaging). We present in-depth calculations of macroscopic I(V) and BEEM Ib(V) spectra that are shown to prove very efficient for the analysis of experimental data. Before performing any microscopic measurements, the study of macroscopic I(V) characteristics provides crucial information about BEEM samples, namely the Schottky barrier height, the ideality factor and the resistance at zero voltage of the Schottky junction. Fits of BEEM spectra were calculated based on a model published by the pioneers of this technique which is described here in its progressive refinement stages. The development of a chemical process for the preparation of silicon substrate surfaces and clean room work are then reported. Samples elaborated by means of ultra high vacuum evaporation showed better characteristics than sputtered samples in terms of greater barrier height, better transmission and reduced noise. Different kinds of contrasts have been obtained from BEEM imaging. Some of them are directly linked to the attenuation for hot electrons depending on the thickness of the metallic layer whereas other contrast types clearly are different in nature and yet not completely understood. The issue of preparation and characterization of magnetic samples is also addressed., Ce travail a consisté à développer une microscopie tunnel à électrons balistiques (BEEM) dont l'application finale est l'obtention d'un dispositif d'étude d'objets magnétiques, à l'échelle du nanomètre (imagerie de domaines et de nanostructures magnétiques). Nous présentons ici une formulation poussée de calculs de spectres macroscopiques I(V) et de spectres BEEM Ib(V) qui se révèle très efficace pour l'analyse des données expérimentales. L'étude des I(V) macroscopiques permet, avant toute mesure microscopique, de connaître les caractéristiques importantes d'un échantillon BEEM: hauteur de barrière Schottky, facteur d'idéalité et résistance à tension nulle de la jonction Schottky. Les fonctions d'ajustement des spectres BEEM ont été calculées à partir d'un modèle publié par les pionniers de la technique, que nous décrivons ici dans ses différents stades de raffinement. La mise au point d'un processus chimique adapté à la préparation de surface des substrats de silicium et le travail de salle blanche pour mener à bien les étapes technologiques sont ensuite exposés. Les échantillons fabriqués par évaporation ultra-vide ont révélé de meilleures caractéristiques que ceux faits par pulvérisation cathodique: hauteur de barrière plus élevée, transmission plus grande, bruit réduit. Les mesures BEEM ont montré l'obtention de différents contrastes sur le signal des électrons balistiques. Certains sont nettement liés à une atténuation des électrons chauds par effet d'épaisseur de la couche métallique alors que d'autres contrastes, à la nature clairement différente, ne sont pas totalement compris. La préparation et la caractérisation d'échantillons magnétiques est aussi abordée.

The purpose of this work was to develop a ballistic electron emission microscopy (BEEM) set-up that could be used to study magnetic objects at the nanometer scale (magnetic domains and nanostructures imaging). We present in-depth calculations of macroscopic I(V) and BEEM Ib(V) spectra that are shown to prove very efficient for the analysis of experimental data. Before performing any microscopic measurements, the study of macroscopic I(V) characteristics provides crucial information about BEEM samples, namely the Schottky barrier height, the ideality factor and the resistance at zero voltage of the Schottky junction. Fits of BEEM spectra were calculated based on a model published by the pioneers of this technique which is described here in its progressive refinement stages. The development of a chemical process for the preparation of silicon substrate surfaces and clean room work are then reported. Samples elaborated by means of ultra high vacuum evaporation showed better characteristics than sputtered samples in terms of greater barrier height, better transmission and reduced noise. Different kinds of contrasts have been obtained from BEEM imaging. Some of them are directly linked to the attenuation for hot electrons depending on the thickness of the metallic layer whereas other contrast types clearly are different in nature and yet not completely understood. The issue of preparation and characterization of magnetic samples is also addressed.; Ce travail a consisté à développer une microscopie tunnel à électrons balistiques (BEEM) dont l'application finale est l'obtention d'un dispositif d'étude d'objets magnétiques, à l'échelle du nanomètre (imagerie de domaines et de nanostructures magnétiques). Nous présentons ici une formulation poussée de calculs de spectres macroscopiques I(V) et de spectres BEEM Ib(V) qui se révèle très efficace pour l'analyse des données expérimentales. L'étude des I(V) macroscopiques permet, avant toute mesure microscopique, de connaître les caractéristiques importantes d'un échantillon BEEM: hauteur de barrière Schottky, facteur d'idéalité et résistance à tension nulle de la jonction Schottky. Les fonctions d'ajustement des spectres BEEM ont été calculées à partir d'un modèle publié par les pionniers de la technique, que nous décrivons ici dans ses différents stades de raffinement. La mise au point d'un processus chimique adapté à la préparation de surface des substrats de silicium et le travail de salle blanche pour mener à bien les étapes technologiques sont ensuite exposés. Les échantillons fabriqués par évaporation ultra-vide ont révélé de meilleures caractéristiques que ceux faits par pulvérisation cathodique: hauteur de barrière plus élevée, transmission plus grande, bruit réduit. Les mesures BEEM ont montré l'obtention de différents contrastes sur le signal des électrons balistiques. Certains sont nettement liés à une atténuation des électrons chauds par effet d'épaisseur de la couche métallique alors que d'autres contrastes, à la nature clairement différente, ne sont pas totalement compris. La préparation et la caractérisation d'échantillons magnétiques est aussi abordée.