Les semi-conducteurs bidimensionnels possèdent de nombreuses propriétés fonctionnelles intéressantes telles qu’électriques, optiques, magnétiques, thermiques etc., qui permettent des applications potentielles notamment dans les dispositifs optoélectroniques ultraminces, transparents et hautement intégrés. La synthèse de nouveaux matériaux bidimensionnels et l’exploration de leurs performances optimales, ainsi que le développement de leurs applications font l’objet d’une intense activité de recherche dans le domaine des matériaux. Cette thèse s’inscrit dans la recherche de nouveaux matériaux bidimensionnels. Un premier axe vise à injecter un courant polarisé en spin dans une structure semi-conductrice bidimensionnelle à base de MoS₂ en vue de contrôler la polarisation de l’émission optique. L’objectif est ici d’élaborer une couche ferromagnétique de CoFeB à aimantation perpendiculaire capable d’injecter des électrons polarisés sans champ magnétique, et sur une grande surface. L’obtention de tels émetteurs optique polarisés doit s’accompagner du développement de photodétecteurs de lumière polarisée à base de matériaux bidimensionnels. C’est l’objet des deux autres axes de cette thèse dans lesquels la photo-détection basée sur les nouveaux semi-conducteur GeAs et des alliages d’éléments des groupes IV-VI tels que SnS et ZnSnS est étudiée. Concernant l’injecteur de spin, on s’intéresse à la fabrication des structures Ta/CoFeB/MgO ayant une large anisotropie magnétique perpendiculairement à l’axe de croissance. Un point important est la réalisation d’un dépôt homogène couvrant toute la surface de la monocouche de MoS₂ sous-jacente, constituant l’émetteur de lumière. En optimisant l’épaisseur de la couche de CoFeB et la température du recuit, on obtient une grande énergie d’anisotropie magnétique perpendiculaire valant 0.975 mJ/m². Par l’analyse des propriétés structurales et chimiques de l’hétérostructure, il est montré que l’insertion de MgO entre le métal ferromagnétique et le matériau bidimensionnel peut efficacement bloquer la diffusion des atomes du ferromagnétique. Il est également montré que la couche de Ta joue un rôle critique « d’absorption » des atomes de B de la couche de CoFeB ce qui induit l’aimantation perpendiculaire. D’après les calculs ab initio, l’épaisseur de MgO peut être ajustée pour modifier la structure de bande de MoS₂, allant d’un gap indirect avec pour une couche de MgO de 7 monocouches (MCs) à un gap direct pour une couche de MgO de 3 MCs. L’effet de proximité introduite par le Fe conduit à une modification de la bande de valence au point Γ pour 3 MCs, alors que celle-ci est négligeable pour 7 MCs. Afin d’obtenir un photodétecteur sensible à la polarisation, on s’intéresse à des cristaux ayant une structure anisotrope. La nature anisotrope intra-planaire du cristal IV-V de GeAs est investiguée par spectrométrie d’absorption résolue en polarisation entre 400 et 2000 nm. Les échantillons nanométriques bidimensionnels obtenus de GeAs démontrent bien un dichroïsme linéaire et une photo-détection sensible à la polarisation. Les ratios dichroïques obtenus par des mesures de photocourant atteignent des valeurs élevées de Ipmax/Ipmin ~ 1.49 à 520 nm et de Ipmax/Ipmin ~ 4.4 à 830 nm. Les cartographies de photo-courant suggèrent que la dépendance du courant avec la polarisation trouve son origine majoritairement aux interfaces électrode/GeAs qui présentent un caractère de type Schottky. Des alliages à base d’éléments des groupes IV-VI tels que SnS et ZnSnS ont également été caractérisés. Il est démontré que SnS présente une mobilité des porteurs valant 37,75 cm²•V⁻¹•S⁻¹ et une photo-réponse de 310,5 A/W. En raison de l’absorption optique anisotrope, le photo-courant est dépendant de la direction de polarisation de la lumière incidente, émise à 808 nm. L’absorption optique en bord d’absorption présente une sensibilité à la polarisation avec le plus haut ratio dichroïque atteint valant 3,06 à 862 nm. alliage ZnSnS bidimensionnel est un semi-conducteur à gap direct et est donc à fort potentiel pour les applications en optique. Il est de type n. La mobilité des porteurs est de 65 cm²•V-⁻¹•S⁻¹, et le ratio on/off sous l’illumination par une lumière blanche de type LED est élevé et atteint 51.