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The deep-UV, a strong germicide, is used in particular in water purification centers employing mercury lamps. Nonetheless, the use of mercury is increasingly controversial and may be banned in the next years. Therefore, new deep-UV emitters are being considered, such as deep-UV LEDs (Light Emitting Diodes). In order to create a LED emitting at a wavelength close to 265nm, where the germicide effect is optimal, a ternary material is used : the AlxGa1-xN, with a high aluminium concentration. However, this material is not mastered yet, and p-doping it is very complicated.To avoid this doping issue, an innovative UV-LED structure has been imagined : the field effect LED, using a gate to ease the insertion of holes in the active area. In this thesis work, this component is analysed and developed. Simulations highlighted the relevance of such a LED compared to a standard DEL, with a surprising evolution of the WPE (Wall Plug Efficiency).Simulations testing the robustness of the experimental device brought to light the fact that such a technology requires the mesa’s side surface not to be damaged by the laser engraving. Hence, a survey studying multiple characterisation tools such as MET, atom probe, Auger spectroscopy or even cathodoluminescence has been realised. An electrical test was developed in order to identify the nature of the etching defects, and limit them.This work identified low damaging etching process, and field effect LED were developed. Electro-optical characterisations of these components were made, in order to enlighten the impact of the gate on the electroluminescence., L’UV profond a un pouvoir germicide, utilisé notamment dans des centres de purification de l’eau via l’emploi de lampes à mercure. L’utilisation du mercure est cependant de plus en plus controversée et en voie d’être complètement interdite. De nouveaux systèmes de désinfection sont à l’étude tels que les DELs-UV (diode électroluminescente émettant dans l’ultraviolet). Pour créer une DEL émettant à une longueur d’onde proche de 265 nm, où le pouvoir germicide est optimal, il faut utiliser un matériau ternaire l’AlxGa1−xN avec une forte concentration d’aluminium. Ce matériau est aujourd’hui peu maitrisé, et particulièrement compliqué à doper de type p.Afin de contourner ce problème de dopage, une structure novatrice de DEL-UV, utilisant une grille pour faciliter l’insertion des trous dans la zone active, a été imaginée : la DEL à effet de champ. Dans ce travail de thèse nous analysons et réalisons ce composant. Des simulations ont permis de mettre en évidence l’intérêt d’une telle DEL vis à vis d’une DEL standard, avec entre autre une évolution surprenante du rendement WPE (Wall Plug Efficiency). Suite à des simulations testant la robustesse du dispositif, il est apparu qu’une telle technologie nécessite que la gravure de la mesa n’endommage pas la surface latérale de cette dernière. C’est pourquoi une étude croisant différents outils de caractérisation tels que le TEM, la sonde tomographique atomique, la spectroscopie Auger, ou encore la cathodoluminescence a été réalisée. Un test électrique a été mis au point afin d’identifier la nature des défauts de gravure et de les limiter.Ce travail a permis d’identifier un procédé de gravure peu endommageant et des DELs à effet de champ ont été réalisées. Des caractérisations électro-optiques de ces composants ont été menées afin de mettre en évidence l’impact de la grille sur l’électroluminescence.

Sensing of low concentrations of nucleic acids is essential to a variety of applications such as bio-medical analysis, in which case it allows the diagnosis of pathologies by identifying specific biomarkers. Compared to traditional sensing techniques based on biochemistry, the advantage of electrical field-effect detection is that it relies on a direct, label-free, and fast-response measurement. Transistors based on semiconducting nanowires are promising devices that theoretically enable very low detection limits and a high sensitivity, thanks to their high surface-to-volume ratio and unique electronic properties. Silicon carbide (SiC) is a semiconductor material with qualities such as very high physical and chemical stability and high biocompatibility, which make it particularly suited for aforementioned applications.In this thesis, field-effect transistors based on Si and SiC nanowires were designed with a top-down approach to be fabricated using photolithography techniques. The Si-based process was developed and optimized in order to fabricate reproducible devices made of nanowires and nanoribbons. A detailed study was conducted to demonstrate the superior chemical stability of SiC nanowires over Si nanowires under physiological conditions. Based on these results, we investigated two ways of elaborating a thin SiC layer around these Si nanostructures to provide them with its chemical resistance in liquid medium. These reproducible core-shell Si/SiC devices were eventually functionalized and integrated into a microfluidic system in order to achieve novel measurements of DNA detection in real time and in liquid media.; La détection de faibles concentrations d’acides nucléiques est essentielle pour certaines applications comme la biologie médicale, où elle permet le diagnostic d’une multitude de pathologies par l’identification de biomarqueurs spécifiques. Par rapport aux techniques traditionnelles de détection par voie biochimique, la détection électrique par effet de champ présente l’avantage d’être une mesure directe, sans marquage, et à réponse rapide. Les transistors à nanofils semiconducteurs sont des dispositifs prometteurs qui permettent potentiellement d’atteindre des limites de détection très basses et une sensibilité élevée, grâce à leur grand rapport surface/volume et leurs propriétés électroniques uniques. Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semiconducteur dont les qualités le rendent particulièrement adapté aux applications visées, telles que sa très grande stabilité physico-chimique et biocompatibilité.Dans cette thèse, des transistors à effet de champ à base de nanofils de Si et SiC ont été conçus dans une approche descendante pour être fabriqués par photolithographie. Un procédé de fabrication basé sur la filière silicium a été développé et optimisé afin de réaliser des dispositifs à nanofils et à nanorubans de Si de manière reproductible. Une étude détaillée a permis de démontrer la stabilité chimique supérieure des nanofils de SiC par rapport aux nanofils de Si en conditions physiologiques. Fort de ce résultat, nous avons exploré deux approches pour l’élaboration d’une couche mince de SiC autour de ces nanostructures de Si, pour leur conférer cette résistance chimique en milieu liquide. Ces dispositifs cœur-coquille Si/SiC reproductibles ont finalement été fonctionnalisés et intégrés dans un système microfluidique complet afin de réaliser des premières mesures novatrices de détection de pH et d’ADN en temps réel et en milieu liquide.

Sensing of low concentrations of nucleic acids is essential to a variety of applications such as bio-medical analysis, in which case it allows the diagnosis of pathologies by identifying specific biomarkers. Compared to traditional sensing techniques based on biochemistry, the advantage of electrical field-effect detection is that it relies on a direct, label-free, and fast-response measurement. Transistors based on semiconducting nanowires are promising devices that theoretically enable very low detection limits and a high sensitivity, thanks to their high surface-to-volume ratio and unique electronic properties. Silicon carbide (SiC) is a semiconductor material with qualities such as very high physical and chemical stability and high biocompatibility, which make it particularly suited for aforementioned applications.In this thesis, field-effect transistors based on Si and SiC nanowires were designed with a top-down approach to be fabricated using photolithography techniques. The Si-based process was developed and optimized in order to fabricate reproducible devices made of nanowires and nanoribbons. A detailed study was conducted to demonstrate the superior chemical stability of SiC nanowires over Si nanowires under physiological conditions. Based on these results, we investigated two ways of elaborating a thin SiC layer around these Si nanostructures to provide them with its chemical resistance in liquid medium. These reproducible core-shell Si/SiC devices were eventually functionalized and integrated into a microfluidic system in order to achieve novel measurements of DNA detection in real time and in liquid media., La détection de faibles concentrations d’acides nucléiques est essentielle pour certaines applications comme la biologie médicale, où elle permet le diagnostic d’une multitude de pathologies par l’identification de biomarqueurs spécifiques. Par rapport aux techniques traditionnelles de détection par voie biochimique, la détection électrique par effet de champ présente l’avantage d’être une mesure directe, sans marquage, et à réponse rapide. Les transistors à nanofils semiconducteurs sont des dispositifs prometteurs qui permettent potentiellement d’atteindre des limites de détection très basses et une sensibilité élevée, grâce à leur grand rapport surface/volume et leurs propriétés électroniques uniques. Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semiconducteur dont les qualités le rendent particulièrement adapté aux applications visées, telles que sa très grande stabilité physico-chimique et biocompatibilité.Dans cette thèse, des transistors à effet de champ à base de nanofils de Si et SiC ont été conçus dans une approche descendante pour être fabriqués par photolithographie. Un procédé de fabrication basé sur la filière silicium a été développé et optimisé afin de réaliser des dispositifs à nanofils et à nanorubans de Si de manière reproductible. Une étude détaillée a permis de démontrer la stabilité chimique supérieure des nanofils de SiC par rapport aux nanofils de Si en conditions physiologiques. Fort de ce résultat, nous avons exploré deux approches pour l’élaboration d’une couche mince de SiC autour de ces nanostructures de Si, pour leur conférer cette résistance chimique en milieu liquide. Ces dispositifs cœur-coquille Si/SiC reproductibles ont finalement été fonctionnalisés et intégrés dans un système microfluidique complet afin de réaliser des premières mesures novatrices de détection de pH et d’ADN en temps réel et en milieu liquide.

Ionic liquids are non-volatile fluids, consisting of cations and anions, which are ionically conducting and electrically insulating and hold very high capacitances. These liquids have the ability to not only to replace solid electrolytes, but to create strongly increased electric fields (>SI{10}{megavoltpercentimetre}) in the so-called electric double layer (EDL) on the electrolyte/channel interface, which leads to the injection of 2D charge carrier densities up to SI{e15}{cm^{-2}}. The remarkably strong gate effect of ionic liquids is diminished in the presence of trapped states and roughness-induced surface disorder, which points out that atomically flat transition metal dichalcogenides of high crystal quality are some of the semiconductors best suited for EDL-gating.We realised EDL-gated field-effect transistors based on multi-walled ce{WS2} nanotubes with operation performance comparable to that of EDL-gated thin flakes of the same material and superior to the performance of backgated ce{WS2} nanotubes. For instance, we observed mobilities of up to SI{80}{squarecentimetrepervoltpersecond} for both p- and n-type charge carriers and our current on-off ratios exceed SI{e5}{} for both polarities. At high electron doping levels, the nanotubes show metallic behaviour down to low temperatures. The use of an electrolyte as topgate dielectric allows the purely electrostatic formation of a pn-junction. We successfully fabricated a light-emitting transistor taking advantage of this utility.The ability of high charge carrier doping suggests an electrostatically induced metal phase or superconductivity in large gap semiconductors. We successfully induced low temperature metallic conduction into intrinsic diamond with hydrogen-terminated surface via field-effect and we observed a gate effect in doped, metallic silicon.Ionic liquids have many advantageous properties, but their applicability suffers from the instability of their liquid body, gate leakage currents and absorption of impurities. An effective way to bypass most of these problems, while keeping the ability of ultra-high charge carrier injection, is the gelation of ionic liquids. We even went one step further and fabricated modified ion gel films with the cations fixed on one surface and the anions able to move freely through the film. With this tool, we realised a novel low-power field-effect diode.; Les liquides ioniques sont des fluides non volatiles, constitués de cations et d’anions, qui sont conducteurs ioniques, isolants électriques, et peuvent avoir des valeurs de capacité très élevées. Ces liquides sont susceptibles non seulement de remplacer les électrolytes solides, mais également de susciter des champs électriques intenses (>SI{10}{megavoltpercentimetre}) au sein d’une couche dite double couche électronique (electric double layer, EDL) à l’interface entre le liquide et le matériau sur lequel il est déposé. Ceci conduit à une injection de porteurs de charge bidimensionelle avec des densités allant jusqu’à SI{e15}{cm^{-2}}. Cet effet de grille remarquablement fort des liquides ioniques est réduit en présence d’états piégés ou de rugosité de surface. À cet égard, les dicalchogénures de métaux de transitions, de très haute qualité cristalline et atomiquement plats, font partis des semi-conducteurs les plus adaptés aux grilles EDL.Nous avons réalisé des transistors à effet de champ avec des EDL dans des nanotubes multi-couches de ce{WS2}, avec des performances comparables à celles de transistors EDL sur des ilots de ce{WS2}, et meilleurs que celles de nanotubes de ce{WS2} avec une grille solide. Nous avons obtenu des mobilités allant jusqu’à SI{80}{squarecentimetrepervoltpersecond} pour les porteurs n et p, et des ratios de courants on/off dépassant SI{e5}{} pour les deux polarités. Pour de forts dopages de type électron, les nanotubes ont un comportement métallique jusqu’à basse température. De plus, utiliser un liquide ionique permet de créer une jonction pn de manière purement électrostatique. En prenant avantage de cet effet, nous avons pu réaliser un transistor photoluminescent dans un nanotube.La possibilité de susciter de très forte densités de charges donne la possibilité d’induire des phases métalliques ou supraconductrices dans des semi-conducteurs a large bande interdite. Nous avons ainsi réussi à induire par effet de champ une phase métallique à basse température dans du diamant intrinsèque avec une surface hydrogénée, et nous avons obtenu un effet de champ dans du silicone dopé métallique.Les liquides ioniques offrent beaucoup d’avantages, mais leur champ d’application est encore réduit par l’instabilité du liquide, ainsi que par les courants de fuites et l’absorption graduelle d’impuretés. Un moyen efficace de s’affranchir de ces inconvénients, tout en conservant la possibilité d’induire de très fortes densités de porteurs, est de gélifier le liquide ionique. Nous sommes allés plus loin en fabriquant des gels ioniques modifiés, avec les cations fixés sur une seule surface et les anions libres de se mouvoir au sein du gel. Cet outil nous a permis de réaliser une nouvelle diode à effet de champ de faible puissance.

Ionic liquids are non-volatile fluids, consisting of cations and anions, which are ionically conducting and electrically insulating and hold very high capacitances. These liquids have the ability to not only to replace solid electrolytes, but to create strongly increased electric fields (>SI{10}{megavoltpercentimetre}) in the so-called electric double layer (EDL) on the electrolyte/channel interface, which leads to the injection of 2D charge carrier densities up to SI{e15}{cm^{-2}}. The remarkably strong gate effect of ionic liquids is diminished in the presence of trapped states and roughness-induced surface disorder, which points out that atomically flat transition metal dichalcogenides of high crystal quality are some of the semiconductors best suited for EDL-gating.We realised EDL-gated field-effect transistors based on multi-walled ce{WS2} nanotubes with operation performance comparable to that of EDL-gated thin flakes of the same material and superior to the performance of backgated ce{WS2} nanotubes. For instance, we observed mobilities of up to SI{80}{squarecentimetrepervoltpersecond} for both p- and n-type charge carriers and our current on-off ratios exceed SI{e5}{} for both polarities. At high electron doping levels, the nanotubes show metallic behaviour down to low temperatures. The use of an electrolyte as topgate dielectric allows the purely electrostatic formation of a pn-junction. We successfully fabricated a light-emitting transistor taking advantage of this utility.The ability of high charge carrier doping suggests an electrostatically induced metal phase or superconductivity in large gap semiconductors. We successfully induced low temperature metallic conduction into intrinsic diamond with hydrogen-terminated surface via field-effect and we observed a gate effect in doped, metallic silicon.Ionic liquids have many advantageous properties, but their applicability suffers from the instability of their liquid body, gate leakage currents and absorption of impurities. An effective way to bypass most of these problems, while keeping the ability of ultra-high charge carrier injection, is the gelation of ionic liquids. We even went one step further and fabricated modified ion gel films with the cations fixed on one surface and the anions able to move freely through the film. With this tool, we realised a novel low-power field-effect diode., Les liquides ioniques sont des fluides non volatiles, constitués de cations et d’anions, qui sont conducteurs ioniques, isolants électriques, et peuvent avoir des valeurs de capacité très élevées. Ces liquides sont susceptibles non seulement de remplacer les électrolytes solides, mais également de susciter des champs électriques intenses (>SI{10}{megavoltpercentimetre}) au sein d’une couche dite double couche électronique (electric double layer, EDL) à l’interface entre le liquide et le matériau sur lequel il est déposé. Ceci conduit à une injection de porteurs de charge bidimensionelle avec des densités allant jusqu’à SI{e15}{cm^{-2}}. Cet effet de grille remarquablement fort des liquides ioniques est réduit en présence d’états piégés ou de rugosité de surface. À cet égard, les dicalchogénures de métaux de transitions, de très haute qualité cristalline et atomiquement plats, font partis des semi-conducteurs les plus adaptés aux grilles EDL.Nous avons réalisé des transistors à effet de champ avec des EDL dans des nanotubes multi-couches de ce{WS2}, avec des performances comparables à celles de transistors EDL sur des ilots de ce{WS2}, et meilleurs que celles de nanotubes de ce{WS2} avec une grille solide. Nous avons obtenu des mobilités allant jusqu’à SI{80}{squarecentimetrepervoltpersecond} pour les porteurs n et p, et des ratios de courants on/off dépassant SI{e5}{} pour les deux polarités. Pour de forts dopages de type électron, les nanotubes ont un comportement métallique jusqu’à basse température. De plus, utiliser un liquide ionique permet de créer une jonction pn de manière purement électrostatique. En prenant avantage de cet effet, nous avons pu réaliser un transistor photoluminescent dans un nanotube.La possibilité de susciter de très forte densités de charges donne la possibilité d’induire des phases métalliques ou supraconductrices dans des semi-conducteurs a large bande interdite. Nous avons ainsi réussi à induire par effet de champ une phase métallique à basse température dans du diamant intrinsèque avec une surface hydrogénée, et nous avons obtenu un effet de champ dans du silicone dopé métallique.Les liquides ioniques offrent beaucoup d’avantages, mais leur champ d’application est encore réduit par l’instabilité du liquide, ainsi que par les courants de fuites et l’absorption graduelle d’impuretés. Un moyen efficace de s’affranchir de ces inconvénients, tout en conservant la possibilité d’induire de très fortes densités de porteurs, est de gélifier le liquide ionique. Nous sommes allés plus loin en fabriquant des gels ioniques modifiés, avec les cations fixés sur une seule surface et les anions libres de se mouvoir au sein du gel. Cet outil nous a permis de réaliser une nouvelle diode à effet de champ de faible puissance.

In this experimental thesis, we fabricated ferroelectric field-effect devices based on high-Tc superconductors. We grew high-quality epitaxial heterostructures consisting of an ultra-thin (2 to 6 unit cells) film of YBCO and a thin ferroelectric film (BFO-Mn). We fabricated transport measurement microbridges and used a CT-AFM tip to polarise the BFO-Mn outwards or towards the BFO-Mn/YBCO interface. Due to the ferroelectric field-effect, the superconducting properties of the underlying YBCO film were consequently modified. We then used this effect locally in order to design weak links within the microbridges: two regions where the superconducting properties are enhanced are separated by a narrow region where they are depressed. We explored the conditions of existence of a Josephson coupling across this weak link.In parallel, we fabricated ferroelectric junctions. The barrier is an ultra-thin BFO-Mn film sandwiched between a high-Tc superconducting YBCO bottom electrode and a low-Tc superconducting top electrode. Both at room temperature and at low temperature, we characterised the transportproperties across the barrier and the resistive switching resulting from the polarisation of the ferroelectric barrier.; Cette thèse expérimentale a pour objet la fabrication de dispositifs supraconducteurs haute température, basés sur l'effet de champ ferroelectrique. D'une part, des hétérostructures consistant en une couche ultra-fine supraconductrice (2 à 6 mailles unités d'YBCO) et un film mince ferroelectrique (30 nm de BFO-Mn) hautement épitaxiées sont fabriquées par PLD. Des microdispositifs sont ensuite lithographiés, et la polarisation du film de BFO-Mn est polée dans la direction perpendiculaire aux films, soit vers l'interface soit vers la surface du BFO-Mn, à l'aide d'un AFM à pointe conductrice (CT-AFM). L'effet de champ ferroelectrique induit une modification drastique des propriétés supraconductrices du film d'YBCO. Cet effet est ensuite utilisé localement pour définir des liens faibles en travers des microdispositifs : deux régions ou les propriétés supraconductrices sont améliorées par l'effet de champ sont séparées par une région où elle sont déprimées. Les conditions d'existence d'un couplage Josephson à travers ce lien faible sont alors étudiées.D'autre part, des jonctions ferroelectriques sont fabriquées. La barrière est alors un film ultra-fin de BFO-Mn, entre une électrode haute-Tc (un film d'YBCO) et une électrode basse Tc. Les propriétés de transport à travers cette barrière et le resistive switching résultant du poling de la barrière ferroelectrique sont étudiées à température ambiante et à basse température.

In this experimental thesis, we fabricated ferroelectric field-effect devices based on high-Tc superconductors. We grew high-quality epitaxial heterostructures consisting of an ultra-thin (2 to 6 unit cells) film of YBCO and a thin ferroelectric film (BFO-Mn). We fabricated transport measurement microbridges and used a CT-AFM tip to polarise the BFO-Mn outwards or towards the BFO-Mn/YBCO interface. Due to the ferroelectric field-effect, the superconducting properties of the underlying YBCO film were consequently modified. We then used this effect locally in order to design weak links within the microbridges: two regions where the superconducting properties are enhanced are separated by a narrow region where they are depressed. We explored the conditions of existence of a Josephson coupling across this weak link.In parallel, we fabricated ferroelectric junctions. The barrier is an ultra-thin BFO-Mn film sandwiched between a high-Tc superconducting YBCO bottom electrode and a low-Tc superconducting top electrode. Both at room temperature and at low temperature, we characterised the transportproperties across the barrier and the resistive switching resulting from the polarisation of the ferroelectric barrier.; Cette thèse expérimentale a pour objet la fabrication de dispositifs supraconducteurs haute température, basés sur l'effet de champ ferroelectrique. D'une part, des hétérostructures consistant en une couche ultra-fine supraconductrice (2 à 6 mailles unités d'YBCO) et un film mince ferroelectrique (30 nm de BFO-Mn) hautement épitaxiées sont fabriquées par PLD. Des microdispositifs sont ensuite lithographiés, et la polarisation du film de BFO-Mn est polée dans la direction perpendiculaire aux films, soit vers l'interface soit vers la surface du BFO-Mn, à l'aide d'un AFM à pointe conductrice (CT-AFM). L'effet de champ ferroelectrique induit une modification drastique des propriétés supraconductrices du film d'YBCO. Cet effet est ensuite utilisé localement pour définir des liens faibles en travers des microdispositifs : deux régions ou les propriétés supraconductrices sont améliorées par l'effet de champ sont séparées par une région où elle sont déprimées. Les conditions d'existence d'un couplage Josephson à travers ce lien faible sont alors étudiées.D'autre part, des jonctions ferroelectriques sont fabriquées. La barrière est alors un film ultra-fin de BFO-Mn, entre une électrode haute-Tc (un film d'YBCO) et une électrode basse Tc. Les propriétés de transport à travers cette barrière et le resistive switching résultant du poling de la barrière ferroelectrique sont étudiées à température ambiante et à basse température.

In this experimental thesis, we fabricated ferroelectric field-effect devices based on high-Tc superconductors. We grew high-quality epitaxial heterostructures consisting of an ultra-thin (2 to 6 unit cells) film of YBCO and a thin ferroelectric film (BFO-Mn). We fabricated transport measurement microbridges and used a CT-AFM tip to polarise the BFO-Mn outwards or towards the BFO-Mn/YBCO interface. Due to the ferroelectric field-effect, the superconducting properties of the underlying YBCO film were consequently modified. We then used this effect locally in order to design weak links within the microbridges: two regions where the superconducting properties are enhanced are separated by a narrow region where they are depressed. We explored the conditions of existence of a Josephson coupling across this weak link. In parallel, we fabricated ferroelectric junctions. The barrier is an ultra-thin BFO-Mn film sandwiched between a high-Tc superconducting YBCO bottom electrode and a low-Tc superconducting top electrode. Both at room temperature and at low temperature, we characterised the transport properties across the barrier and the resistive switching resulting from the polarisation of the ferroelectric barrier., Les supraconducteurs à haute température critique (HTS) sont des systèmes fortement corrélés. Dans ces matériaux, une petite modification du nombre de porteurs peut avoir de grandes conséquences sur leurs propriétés physiques. C'est le cas lorsqu'un matériau ferroélectrique est à proximité immédiate d'un HTS : de manière locale et rémanente, la polarisation ferroélectrique modifie par effet de champ électrostatique le nombre d'électrons dans le HTS, au voisinage de l'interface avec le ferroélectrique. Cet effet peut être exploité dans le but de définir des structures à géométrie variable : dans un premier cas, des jonctions qui consistent en deux électrodes supraconductrices, séparées par une zone où la supraconductivité a été affaiblie par effet de champ. Dans un second cas, des jonctions tunnel ferroélectriques - à nouveau avec des électrodes supraconductrices - où l'épaisseur de la barrière est modulable par effet de champ ferroélectrique. Les travaux menés au cours de cette thèse visent à développer les matériaux et les technologies de lithographie pour fabriquer de telles structures, et à caractériser les propriétés de transport de ces dernières.

Formation of charge density waves (CDW) is a symmetry breaking phenomenon found in electronic systems, which is particularly common in quasi-one-dimensional conductors. It is widely observed from highly anisotropic materials to isotropic ones like the superconducting pnictides. The CDW is seen as a sinusoidal deformation of coupled electronic density and lattice modulation; it can be also viewed as a crystal of singlet electronic pairs. In the CDW state, the elementary units can be readjusted by absorbing or rejecting pairs of electrons. Such a process should go via topologically nontrivial configurations: solitons and dislocations - the CDW vortices. An experimental access to these inhomogeneous CDW states came from studies of nano-fabricated mesa-junctions, from the STM and from the X-ray micro-diffraction. Following these requests, we have performed a program of modeling stationary states and of their transient dynamic for the CDW in restricted geometries under applied voltage or at passing normal currents. The model takes into account multiple fields in mutual nonlinear interactions: the two components of the CDW complex order parameter, and distributions of the electric field, the density and the current of normal carriers. We were using the Ginzburg-Landau type approach and also we have derived its extension based on the property of the chiral invariance. We observed the incremental creation of static dislocations within the junctions. The transient dynamics is very rich showing creation, annihilation and sweeping of multiple vortices. The dislocations cores concentrate the voltage drops thus providing self-tuned microscopic junctions where the tunneling creation of electron-hole pairs can take place. The results obtained from this model agree with experiment observations. The methods can be extended to other types of charge organization known under the general name of the Electronic Crystal. It takes forms of Wigner crystals at hetero-junctions and in nano-wires, CDWs in chain compounds, spin density waves in organic conductors, and stripes in doped oxides. The studied reconstruction in junctions of the CDW may be relevant also to modern efforts of the field-effect transformations in strongly correlated materials with a spontaneous symmetry breaking.; La formation des ondes de densité de charge (ODC) est un phénomène de brisure de symétrie qui apparaît dans systèmes électroniques, et particulièrement dans les conducteurs quasi-unidimensionnels. Elle est observée aussi bien dans les matériaux très anisotropes que les isotropes comme par exemple les supraconducteurs pnictures. L'ODC peut être vue comme une déformation sinusoïdale de la densité électronique et de la modulation du réseau, ou également comme un cristal de singulets électroniques. Dans un état d'ODC, les cellules élémentaires peuvent être modifiées en absorbant ou en rejetant des paires d'électrons. Un tel processus passe par des configurations topologiquement non triviales: des solitons et des dislocations, ou plus généralement des vortex d'ODC. Ces états inhomogènes peuvent être obtenus expérimentalement dans des nano-produits appelés ''mésa-jonctions'', et observés à l'aide d'un microscope à effet tunnel ou d’une radiographie par micro-diffraction. Afin de simuler ces expériences, nous avons réalisé un programme modélisant les états stationnaires d'ODC ainsi que leur dynamique transitoire à travers des géométries restreintes auxquelles sont appliquées une tension ou un courant. Le modèle prend en compte plusieurs champs en interaction non linéaire: le paramètre d'ordre complexe d'ODC, la distribution de champ électrique, ainsi que la densité et le courant des autres porteurs de charge. Nous avons utilisé une approche de type Ginzburg-Landau ainsi qu'une extension basée sur une propriété d'invariance chirale. A l'aide de ce programme, nous avons observé la création progressive de dislocations statiques dans les jonctions. La dynamique transitoire est alors très riche avec notamment des créations, des annihilations et des balayages de vortex multiples. Des chutes de tension apparaissent au centre des dislocations, créant ainsi des jonctions tunnel microscopiques à travers lesquelles transitent des paires électron-trou. Les résultats qualitatifs obtenus sont en très bon accord avec les observations expérimentales. Ce model peut aussi être étendu à tout type de cristaux électronique comme les cristaux de Wigner dans les hétéro-jonctions et les nano-fils, les ODC dans les composés de chaîne, les ondes de densité de spin dans les conducteurs organiques, ou encore les structures de bandes dans les oxydes dopés. La reconstruction des ODC dans les jonctions tunnel peut aussi trouver son importance dans l'étude des effets de champs sur les matériaux fortement corrélés induisant des brisures spontanées de symétries.

Dans cette thèse nous avons étudié des hétérostructures basées sur les perovskites nickelates RNiO3, où R est une terre rare. Les nickelates présentent une transition spectaculaire d'un comportement métallique à un comportement isolant en fonction de la température. Le but de cette thèse consiste à identifier les mécanismes physiques responsables de la transition métal-isolant et d'explorer les moyens de les manipuler. Nous avons trouvé que la transition dans NdNiO3 peut être manipuler en utilisant des contraintes de croissance compressives, la technique de l'effet de champ et de la lumière. De plus, nous avons induit une transition métal-isolant et un ordre magnétique dans des hétérostructures de LaNiO3, le seul membre de la famille des nickelates, qui par lui-même, ne manifestent ni de transition ni d'autres phénomènes d'ordre.

Many analytical techniques and structuring techniques of materials are based on the interaction between light and a tip with a sub-wavelength end (nanometric tip). Laser assisted atom probe tomography (La-APT) is one of these techniques. A femtosecond laser pulse (1015s), focused on a tip-shape sample, triggers field evaporation of atoms that are at the end of the tip. This newly invented technique allows tomographic analysis of metals, semi-conductors and insulators. However, the exact physic of field evaporation assisted by ultrashort laser pulses remains unknown. This work presents experiments and modelling which show and explain phenomena occurring in La-APT. Experiments conducted on a dedicated atom probe equipped with tuneable laser (polarization, energy, wavelength...) show that a new ultrashort thermal effect (< 50ps) is mainly responsible of field evaporation in La-APT. Moreover, this technique allows access to the dynamic of the heating and cooling of the tip irradiated by ultrafast laser pulses with a smaller time and spatial scale than many other techniques. Absorption properties of sub-wavelength tips are deduced with these new results. A multiphysic modelling has been developed and allows the link between absorption and La-APT results. That allows optimizing laser assisted atom probe.; De nombreuses techniques d'étude ou de structuration des matériaux sont basées sur l'interaction entre la lumière et une pointe dont l'extrémité est sub-longueur d'onde (pointe nanométrique). La sonde atomique tomographique (La-APT) est une de ces techniques. Un laser à impulsions femtosecondes (1015s), focalisé sur un échantillon mis sous la forme d'une pointe nanométrique, déclenche l'évaporation par effet de champ des atomes situés à la surface de l'extrémité de la pointe. Cette technique, mise au point récemment, permet l'analyse tomographique à l'échelle nanométrique de matériaux aussi bien métalliques que semi-conducteurs voir isolants. Cependant, la nature exacte du phénomène d'évaporation par effet de champ assistée par des impulsions lasers ultracourtes était méconnue. Ce travail présente une série d'expériences et de modélisations ayant pour but de montrer et d'expliquer les différents phénomènes se produisant. Les expériences réalisées au sein d'une sonde atomique équipée d'un laser entièrement paramétrable (longueur d'onde, polarisation, énergie...) montrent qu'un phénomène thermique ultrarapide (< 50ps) est principalement impliqué dans l'évaporation par effet de champ observé en La-APT. De plus, cette technique permet d'avoir accès à la dynamique de chauffage et de refroidissement de l'extrémité d'une pointe nanométrique éclairée par des impulsions laser femtoseconde, et cela à une échelle spatiale et temporelle beaucoup plus fine que de nombreuses autres techniques. Cela permet de déduire les propriétés d'absorption d'une pointe nanométrique. Une modélisation multiphysique a été développée et permet de faire le lien entre les propriétés d'absorption et les résultats en La-APT. Cela permet d'optimiser grandement l'instrument.

This work presents the study of the electrical transport in low dimensional highly doped silicon structures. The context of this study is the understanding of the mesoscopic transport and the size reduction of MOS devices. The nanostructures are fabricated by a local oxidation under the tip of an atomic force microscope (AFM), on ultra-thin silicon on insulator (SOI) substrates. This technique was preferred for its high flexibility, resolution (10nm) and no proximity effects. It allows obtaining nanostructures with cross-sections of some hundreds square nanometers.While the electrical behaviour at room temperature is similar to MOS/SOI devices, at low temperatures current oscillations are superimposed to the field effect and dominate the transport under 70K. Thus, the electrical transport is subject to Coulomb blockade, characterized by current oscillations, Coulomb diamonds shapes in the current versus drain voltage and gate voltage mapping and the simple activation law of the conductance. We associate the Coulomb blockade in these nanowires to the potential wells due to the presence of the doping atoms in the structures. A one dimensional array of islands model explains the electrical behaviour of the low doping structures, while for the highly doped structures the transport is well modelled by a two dimensional array of islands model. We have used an original method to fabricate silicon test nanostructures used to investigate the electrical transport mechanisms in low dimensional systems.; Cette thèse porte sur l'étude du transport électronique dans des structures de faibles dimensionnalités en silicium dopé. Elle s'inscrit notamment dans le contexte de la compréhension du transport mésoscopique et de la miniaturisation des dispositifs MOS.Les nanostructures sont réalisées par oxydation localisée sous la pointe d'un microscope à force atomique (AFM), sur des substrats silicium sur isolant (SOI) ultra-minces. Cette technique a été choisie pour sa souplesse, sa résolution (10nm), l'absence d'effet de proximité. Elle permet d'obtenir des nanostructures de quelques centaines de nm2 de section.Tandis qu'à température ambiante le comportement électronique est semblable à celui d'un dispositif MOS/SOI, à basse température des oscillations de courant se superposent à l'effet de champ, pour dominer le transport en dessous de 70K. Ainsi, le transport électronique est dominé par le blocage de Coulomb, qui se traduit par des oscillations de courant, une loi d'activation en température de la conductance et des structures de type « diamant de Coulomb » dans la carte de courant en fonction des tensions de grille et de drain. Nous associons le blocage de Coulomb dans ces structures aux puits de potentiel créés par la présence de dopants à l'intérieur du nanofil. Pour les faibles dopages les nanofils se comportent comme de chaînes unidimensionnelles d'îlots en série, alors que pour les forts dopages leur comportement se modélise par des chaînes bidimensionnelles.La technique originale de nanofabrication utilisée permet la réalisation de nanostructures de test en vue d'explorer les mécanismes de conduction dans le silicium nanostructuré.

This work presents the study of the electrical transport in low dimensional highly doped silicon structures. The context of this study is the understanding of the mesoscopic transport and the size reduction of MOS devices. The nanostructures are fabricated by a local oxidation under the tip of an atomic force microscope (AFM), on ultra-thin silicon on insulator (SOI) substrates. This technique was preferred for its high flexibility, resolution (10nm) and no proximity effects. It allows obtaining nanostructures with cross-sections of some hundreds square nanometers.While the electrical behaviour at room temperature is similar to MOS/SOI devices, at low temperatures current oscillations are superimposed to the field effect and dominate the transport under 70K. Thus, the electrical transport is subject to Coulomb blockade, characterized by current oscillations, Coulomb diamonds shapes in the current versus drain voltage and gate voltage mapping and the simple activation law of the conductance. We associate the Coulomb blockade in these nanowires to the potential wells due to the presence of the doping atoms in the structures. A one dimensional array of islands model explains the electrical behaviour of the low doping structures, while for the highly doped structures the transport is well modelled by a two dimensional array of islands model. We have used an original method to fabricate silicon test nanostructures used to investigate the electrical transport mechanisms in low dimensional systems., Cette thèse porte sur l'étude du transport électronique dans des structures de faibles dimensionnalités en silicium dopé. Elle s'inscrit notamment dans le contexte de la compréhension du transport mésoscopique et de la miniaturisation des dispositifs MOS.Les nanostructures sont réalisées par oxydation localisée sous la pointe d'un microscope à force atomique (AFM), sur des substrats silicium sur isolant (SOI) ultra-minces. Cette technique a été choisie pour sa souplesse, sa résolution (10nm), l'absence d'effet de proximité. Elle permet d'obtenir des nanostructures de quelques centaines de nm2 de section.Tandis qu'à température ambiante le comportement électronique est semblable à celui d'un dispositif MOS/SOI, à basse température des oscillations de courant se superposent à l'effet de champ, pour dominer le transport en dessous de 70K. Ainsi, le transport électronique est dominé par le blocage de Coulomb, qui se traduit par des oscillations de courant, une loi d'activation en température de la conductance et des structures de type « diamant de Coulomb » dans la carte de courant en fonction des tensions de grille et de drain. Nous associons le blocage de Coulomb dans ces structures aux puits de potentiel créés par la présence de dopants à l'intérieur du nanofil. Pour les faibles dopages les nanofils se comportent comme de chaînes unidimensionnelles d'îlots en série, alors que pour les forts dopages leur comportement se modélise par des chaînes bidimensionnelles.La technique originale de nanofabrication utilisée permet la réalisation de nanostructures de test en vue d'explorer les mécanismes de conduction dans le silicium nanostructuré.