Etude de premier principe de propriétés physiques des matériaux demi-métalliques pour des applications en spintronique. / Ahlem Kolli

Public ISBD Titre : Etude de premier principe de propriétés physiques des matériaux demi-métalliques pour des applications en spintronique. Type de document : document électronique Auteurs : Ahlem Kolli, Auteur ; Nacir Guechi, Directeur de thèse Editeur : Sétif:UFA1 Année de publication : 2025 Importance : 1 vol (110 f.) Format : 29 cm Langues : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Physique Mots-clés : Calculs de premiers principes Alliages Heusler Transitions de phase électroniques Elasticité Propriétés magnétiques Index. décimale : 530 - Physique Résumé : Dans ce travail, nous avons étudié les propriétés structurales, élastiques, transitions de phase électroniques et propriétés magnétiques des composés quaternaires de type Heusler FeCrScSi (FCSS) et FeCrScGe (FCSG), sous pression hydrostatique comprise entre 0 à 50 GPa. Les calculs polarisés en spin ont été réalisés en utilisant la méthode d’ondes planes et pseudopotentiels (PP-PW) dans le cadre de l'approximation du gradient généralisé (GGA-PBE). Les propriétés structurales obtenues à l'état fondamental sont en bon accord avec les résultats théoriques existants. De plus, les valeurs négatives des énergies de cohésion et de formation révèlent que les deux matériaux sont thermodynamiquement stables et peuvent être synthétisés. Les propriétés élastiques calculées montrent que les matériaux considérés sont ductiles et mécaniquement stables. Sans tenir compte des effets de la pression, l’analyse de la structure électronique révèle les propriétés semi-conductrices ferrimagnétiques des matériaux FCSS et FCSG. Sous pression, une transition de phase électronique d'un matériau filtre de spin (SFM) à un semi-conducteur à gap de spin nul de type II (SGS-II), est prédite à des valeurs de pression de 46,37 GPa et 32,48 GPa pour les matériaux FCSS et FCSG, respectivement. Au-dessus de ces pressions critiques, les composés étudiés présentent un caractère demi-métallique (HM). Enfin, il a été remarqué que le moment magnétique total calculé des composés FCSS et FCSG était indépendant de la pression appliquée, avec une valeur entière de 3 μB, obéissant à la règle de Slater-Pauling. Note de contenu : Sommaire Chapitre 1 Matériaux de type Heusler 1.1 Introduction .............................................................................................................. 7 1.2 Alliages de type Heusler .......................................................................................... 7 1.2.1 Structure cristalline des composés de type Heusler ............................................. 8 1.2.1.1 Composés de type demi-Heusler ...................................................................... 9 1.2.1.2 Composés de type full-Heusler ......................................................................... 9 1.2.1.3 Composés de type inverse-Heusler ................................................................. 10 1.2.1.4 Composés quaternaires de type Heusler ......................................................... 10 1.2.2 Comportement électronique et magnétique des composés de type Heusler ...... 11 1.2.2.1 Comportement demi-métallique ..................................................................... 12 1.2.2.2 Comportement semi-conducteur magnétique ................................................. 15 1.2.2.3 Comportement semi-conducteur à gap de spin nul ........................................ 16 1.2.2.4 Règle de Slater-Pauling .................................................................................. 17 1.3 Applications des alliages de type Heusler ............................................................. 19 Bibliographie ........................................................................................................................ 22 Chapitre 2 Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT) 2.1 Introduction ............................................................................................................ 26 2.2 Approximation de Born-Oppenheimer .................................................................. 27 2.3 Système quantique mono-électronique .................................................................. 29 2.3.1 Approximation de Hartree .................................................................................. 29 2.3.2 Approximation de Hartree-Fock ........................................................................ 31 2.4 Théorie de la Fonctionnelle de la Densité .............................................................. 33 2.4.1 Densité électronique et modèle de Thomas-Fermi ............................................. 34 2.4.2 Théorèmes de Hohenberg et Kohn ..................................................................... 35 2.4.3 Approche de Kohn et Sham ............................................................................... 38 2.4.4 Approximations de la fonctionnelle d’échange-corrélation ............................... 42 2.4.4.1 Approximation de la densité locale (LDA) .................................................... 42 2.4.4.2 Approximation du gradient généralisé (GGA) ............................................... 44 2.4.4.2.1 Les fonctionnelles méta-GGA................................................................... 46 2.4.4.2.2 Les fonctionnelles GGA+U ...................................................................... 46 2.4.4.2.3 Les fonctionnelles hybrides ....................................................................... 47 2.4.5 Résolution des équations de Kohn et Sham ....................................................... 48 2.4.5.1 Cycle auto-cohérent ........................................................................................ 48 Bibliographie ........................................................................................................................ 50 Chapitre 3 Méthode d'ondes planes et pseudopotentiels 3.1 Introduction ............................................................................................................ 53 3.2 Base d’ondes planes ............................................................................................... 53 3.2.1 Réseaux cristallins périodiques .......................................................................... 54 3.2.2 Théorème de Bloch ............................................................................................ 54 3.2.3 Développement sur une base d’ondes planes ..................................................... 56 3.2.4 Représentation des équations de Kohn-Sham dans la base d’ondes planes ....... 57 3.2.5 Energie de coupure ???????????????? ..................................................................................... 58 3.2.6 Echantillonnage de la première zone de Brillouin ............................................. 59 3.3 La méthode des pseudopotentiels (PP) .................................................................. 60 3.3.1 L’approximation du coeur gelé ........................................................................... 60 3.3.2 Concept des pseudopotentiels ............................................................................ 61 3.3.3 La formulation de Phillips-Kleinman ................................................................. 62 3.3.4 Exemples de pseudopotentiels ........................................................................... 63 3.3.4.1 Pseudopontentiel à norme conservée .............................................................. 63 3.3.4.2 Pseudopotentiel ultradoux .............................................................................. 65 Bibliographie ........................................................................................................................ 66 Chapitre 4 Résultats et discussions 4.1 Introduction ............................................................................................................ 68 4.2 Détails des calculs .................................................................................................. 68 4.3 Propriétés structurales ............................................................................................ 69 4.3.1 Description de la structure cristalline ................................................................. 69 4.3.2 Etat d’équilibre et stabilité structurale................................................................ 71 4.3.3 Effet de la pression sur les propriétés structurales ............................................. 74 4.4 Propriétés élastiques ............................................................................................... 75 4.4.1 Propriétés élastiques à pression nulle ................................................................. 75 4.4.1.1 Constantes élastiques monocristallines et stabilité mécanique ....................... 75 4.4.1.2 Modules élastiques polycristallins .................................................................. 76 4.4.1.3 Anisotropie élastique ...................................................................................... 78 4.4.2 Effet de la pression sur les propriétés élastiques ................................................ 81 4.4.2.1 Constantes élastiques monocristallines et stabilité mécanique ....................... 81 4.4.2.2 Modules élastiques polycristallins .................................................................. 82 4.4.2.3 Anisotropie élastique ...................................................................................... 83 4.5 Propriétés électroniques ......................................................................................... 84 4.5.1 Propriétés électroniques à pression nulle ........................................................... 84 4.5.1.1 Structure de bandes électroniques .................................................................. 84 4.5.1.2 Origine du gap dans les semi-conducteurs magnétiques FCSS et FCSG ....... 85 4.5.1.3 Densité d’états électroniques .......................................................................... 87 4.5.2 Effet de la pression sur les propriétés électroniques .......................................... 88 4.6 Propriétés magnétiques .......................................................................................... 92 Bibliographie ........................................................................................................................ 93 Conclusion générale ............................................................................................................... 96 Côte titre : Dph/0316 Etude de premier principe de propriétés physiques des matériaux demi-métalliques pour des applications en spintronique. [document électronique] / Ahlem Kolli, Auteur ; Nacir Guechi, Directeur de thèse . - [S.l.] : Sétif:UFA1, 2025 . - 1 vol (110 f.) ; 29 cm. Langues : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Physique Mots-clés : Calculs de premiers principes Alliages Heusler Transitions de phase électroniques Elasticité Propriétés magnétiques Index. décimale : 530 - Physique Résumé : Dans ce travail, nous avons étudié les propriétés structurales, élastiques, transitions de phase électroniques et propriétés magnétiques des composés quaternaires de type Heusler FeCrScSi (FCSS) et FeCrScGe (FCSG), sous pression hydrostatique comprise entre 0 à 50 GPa. Les calculs polarisés en spin ont été réalisés en utilisant la méthode d’ondes planes et pseudopotentiels (PP-PW) dans le cadre de l'approximation du gradient généralisé (GGA-PBE). Les propriétés structurales obtenues à l'état fondamental sont en bon accord avec les résultats théoriques existants. De plus, les valeurs négatives des énergies de cohésion et de formation révèlent que les deux matériaux sont thermodynamiquement stables et peuvent être synthétisés. Les propriétés élastiques calculées montrent que les matériaux considérés sont ductiles et mécaniquement stables. Sans tenir compte des effets de la pression, l’analyse de la structure électronique révèle les propriétés semi-conductrices ferrimagnétiques des matériaux FCSS et FCSG. Sous pression, une transition de phase électronique d'un matériau filtre de spin (SFM) à un semi-conducteur à gap de spin nul de type II (SGS-II), est prédite à des valeurs de pression de 46,37 GPa et 32,48 GPa pour les matériaux FCSS et FCSG, respectivement. Au-dessus de ces pressions critiques, les composés étudiés présentent un caractère demi-métallique (HM). Enfin, il a été remarqué que le moment magnétique total calculé des composés FCSS et FCSG était indépendant de la pression appliquée, avec une valeur entière de 3 μB, obéissant à la règle de Slater-Pauling. Note de contenu : Sommaire Chapitre 1 Matériaux de type Heusler 1.1 Introduction .............................................................................................................. 7 1.2 Alliages de type Heusler .......................................................................................... 7 1.2.1 Structure cristalline des composés de type Heusler ............................................. 8 1.2.1.1 Composés de type demi-Heusler ...................................................................... 9 1.2.1.2 Composés de type full-Heusler ......................................................................... 9 1.2.1.3 Composés de type inverse-Heusler ................................................................. 10 1.2.1.4 Composés quaternaires de type Heusler ......................................................... 10 1.2.2 Comportement électronique et magnétique des composés de type Heusler ...... 11 1.2.2.1 Comportement demi-métallique ..................................................................... 12 1.2.2.2 Comportement semi-conducteur magnétique ................................................. 15 1.2.2.3 Comportement semi-conducteur à gap de spin nul ........................................ 16 1.2.2.4 Règle de Slater-Pauling .................................................................................. 17 1.3 Applications des alliages de type Heusler ............................................................. 19 Bibliographie ........................................................................................................................ 22 Chapitre 2 Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT) 2.1 Introduction ............................................................................................................ 26 2.2 Approximation de Born-Oppenheimer .................................................................. 27 2.3 Système quantique mono-électronique .................................................................. 29 2.3.1 Approximation de Hartree .................................................................................. 29 2.3.2 Approximation de Hartree-Fock ........................................................................ 31 2.4 Théorie de la Fonctionnelle de la Densité .............................................................. 33 2.4.1 Densité électronique et modèle de Thomas-Fermi ............................................. 34 2.4.2 Théorèmes de Hohenberg et Kohn ..................................................................... 35 2.4.3 Approche de Kohn et Sham ............................................................................... 38 2.4.4 Approximations de la fonctionnelle d’échange-corrélation ............................... 42 2.4.4.1 Approximation de la densité locale (LDA) .................................................... 42 2.4.4.2 Approximation du gradient généralisé (GGA) ............................................... 44 2.4.4.2.1 Les fonctionnelles méta-GGA................................................................... 46 2.4.4.2.2 Les fonctionnelles GGA+U ...................................................................... 46 2.4.4.2.3 Les fonctionnelles hybrides ....................................................................... 47 2.4.5 Résolution des équations de Kohn et Sham ....................................................... 48 2.4.5.1 Cycle auto-cohérent ........................................................................................ 48 Bibliographie ........................................................................................................................ 50 Chapitre 3 Méthode d'ondes planes et pseudopotentiels 3.1 Introduction ............................................................................................................ 53 3.2 Base d’ondes planes ............................................................................................... 53 3.2.1 Réseaux cristallins périodiques .......................................................................... 54 3.2.2 Théorème de Bloch ............................................................................................ 54 3.2.3 Développement sur une base d’ondes planes ..................................................... 56 3.2.4 Représentation des équations de Kohn-Sham dans la base d’ondes planes ....... 57 3.2.5 Energie de coupure ???????????????? ..................................................................................... 58 3.2.6 Echantillonnage de la première zone de Brillouin ............................................. 59 3.3 La méthode des pseudopotentiels (PP) .................................................................. 60 3.3.1 L’approximation du coeur gelé ........................................................................... 60 3.3.2 Concept des pseudopotentiels ............................................................................ 61 3.3.3 La formulation de Phillips-Kleinman ................................................................. 62 3.3.4 Exemples de pseudopotentiels ........................................................................... 63 3.3.4.1 Pseudopontentiel à norme conservée .............................................................. 63 3.3.4.2 Pseudopotentiel ultradoux .............................................................................. 65 Bibliographie ........................................................................................................................ 66 Chapitre 4 Résultats et discussions 4.1 Introduction ............................................................................................................ 68 4.2 Détails des calculs .................................................................................................. 68 4.3 Propriétés structurales ............................................................................................ 69 4.3.1 Description de la structure cristalline ................................................................. 69 4.3.2 Etat d’équilibre et stabilité structurale................................................................ 71 4.3.3 Effet de la pression sur les propriétés structurales ............................................. 74 4.4 Propriétés élastiques ............................................................................................... 75 4.4.1 Propriétés élastiques à pression nulle ................................................................. 75 4.4.1.1 Constantes élastiques monocristallines et stabilité mécanique ....................... 75 4.4.1.2 Modules élastiques polycristallins .................................................................. 76 4.4.1.3 Anisotropie élastique ...................................................................................... 78 4.4.2 Effet de la pression sur les propriétés élastiques ................................................ 81 4.4.2.1 Constantes élastiques monocristallines et stabilité mécanique ....................... 81 4.4.2.2 Modules élastiques polycristallins .................................................................. 82 4.4.2.3 Anisotropie élastique ...................................................................................... 83 4.5 Propriétés électroniques ......................................................................................... 84 4.5.1 Propriétés électroniques à pression nulle ........................................................... 84 4.5.1.1 Structure de bandes électroniques .................................................................. 84 4.5.1.2 Origine du gap dans les semi-conducteurs magnétiques FCSS et FCSG ....... 85 4.5.1.3 Densité d’états électroniques .......................................................................... 87 4.5.2 Effet de la pression sur les propriétés électroniques .......................................... 88 4.6 Propriétés magnétiques .......................................................................................... 92 Bibliographie ........................................................................................................................ 93 Conclusion générale ............................................................................................................... 96 Côte titre : Dph/0316

Exemplaires (1)

Code-barres	Cote	Support	Localisation	Section	Disponibilité
Dph/0316	Dph/0316	Thèse	Bibliothéque des sciences	Français	Disponible Disponible

---

1 (1 - 1 / 1)