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| Titre : |
Etude des propriétés structurales, élastiques et thermodynamiques des halogénures à base de cuivre |
| Type de document : |
texte imprimé |
| Auteurs : |
Bioud, Nadhira, Auteur ; KASSALI, Kamel, Directeur de thèse |
| Editeur : |
Setif:UFA |
| Année de publication : |
2018 |
| Importance : |
1 vol (113 f.) |
| Format : |
29cm |
| Langues : |
Français (fre) |
| Catégories : |
Thèses & Mémoires:Physique
|
| Index. décimale : |
530.417 Physique des surfaces de l'état solide (interface avec d'autres états de la matière) |
| Résumé : |
Dans ce modeste travail, nous avons étudié les propriétés structurales, élastiques et
thermodynamiques de quelques semiconducteurs à base de cuivre CuX (X=Cl, Br, et I) dans
les phases cubiques zincblende et rock-salt. Ces matériaux possèdent un grand gap d’énergie,
et ils sont particulièrement intéressants pour leurs applications technologiques.
Pour réaliser ce travail, nous avons utilisé un calcul ab-initio basé sur la théorie de la
fonctionnelle de la densité (DFT) et la théorie de la perturbation de la fonctionnelle de la
densité (DFPT) combinées avec la méthode de pseudopotentiel. Les pseudopotentiels utilisés
ici sont ce proposé par Trouiller Martins pour le CuCl et le CuBr dans la phase zincblende, et
ce proposé par Vanderbilt pour le CuCl et le CuBr dans la phase rock-salt, et le CuI dans les
phases zincblende et rock-salt. Les équations de Kohn-Sham sont résolues d’une manière
auto-cohérente, en utilisant une base d’ondes planes implantées dans les deux codes ABINIT
et CASTEP.
Pour le traitement d’échange et de corrélation (exchange-correlation), nous avons utilisé
l’approximation de la densité locale (LDA) dont la forme proposée par Teter et Pade pour le
CuCl, et celle proposée par Perdew et Wang pour le CuBr dans la phase zincblende.
L’approximation du gradient généralisé paramétrée par Perdew, Berke et Erenzehof (PBEsol)
est utilisée pour le CuCl et le CuBr dans la phase rock-salt et le CuI dans les phases
zincblende et rock-salt. Les intégrations dans le réseau réciproque ont été faites en utilisant la
méthode de génération des points k de Monkhorst et Pack.
Les propriétés structurales, les matrices des constantes élastiques, le module de rigidité et
sa dérivée première, le module de cisaillement, le facteur d’anisotropie sont calculés à une
pression nulle et également sous l’effet de la pression hydrostatique. La dépendance du
volume de la maille en fonction de la pression, les pressions de la transition de la phase
zincblende à la phase NaCl sont ainsi obtenues. Nous avons déterminés les vitesses de
propagation des ondes élastiques. Ces dernières sont ensuite utilisées pour la prédiction de la
température de Debye.
Résumé
La majorité des résultats déterminés dans ce travail à une pression nulle sont en général
en accord avec les données expérimentales et les autres valeurs théoriques. |
| Note de contenu : |
Sommaire
Introduction générale ………………………………………………….........................................................................1
Chapitre I : Méthodes de calcul du premier principe
I-1. Introduction ......................................................................................................................................5
I-2. Approximations basées sur la fonction d’onde ………….....................................................................5
I-2-1. Equation de Schrödinger …………....................................................................................................5
I-2-2. Approximation de Born-Oppenheimer…………...............................................................................8
I-2-3. Approximations de Hartree, Hartree-Fock, et Hartree-Fock-Slater ……….....................................9
I-2-3-1. Approximations de Hartree ……………………………………………………………........................................9
I-2-3-2. Approximations de Hartree-Fock (AHF) …………………………………………........................................9
I-2-3-3. Approximations de Hartree-Fock-Slater …………………………………………........................................9
I-3. Théorie de la fonctionnelle de la densité .......................................................................................10
I-3-1. Introduction ................................................................................................................................10
I-3-2. Formulation de Hohenberg-Kohn ……….…....................................................................................11
I-3-3. Formulation de Kohn-Sham ……………….…....................................................................................11
I-3-4. Fonctionnelle d’échange et corrélation ……………….…..................................................................13
a)-Approximation de la densité locale ……………….……….…....................................................................14
b)- Approximation de gradient généralisé ………….….............................................................................15
I-3-5. Auto-cohérence dans les calculs de la DFT …………………..…….......................................................16
I-3-6. Théorie de perturbation de la fonctionnelle de la densité ..........................................................17
I-4. Méthode du pseudopotentiel ........................................................................................................18
I-4-1. Introduction ................................................................................................................................18
I-4-2. Approximation du coeur gelé "Frozen core approximation"........................................................19
I-4-3. Formulation de Philips-Kleinman …….……....................................................................................19
I-4-4. Construction du pseudopotentiel …….……...................................................................................21
a)- Pseudopotentiel à norme conservée …….……..................................................................................21
b)- Pseudopotentiel ultra-mous (ultra-soft pseudopotential) ..............................................................23
I-5. Périodicité de la structure cristalline…….……...................................................................................23
Sommaire
I-5-1. Théorème de Block…….……...........................................................................................................23
I-5-2. Echantillonnage de la première zone de Brillouin .......................................................................25
I-5-3. Energie de coupure .....................................................................................................................25
I-6. Principales implémentations de la DFT………...................................................................................26
I-7. Références I ....................................................................................................................................28
Chapitre II : Aperçu théorique sur les propriétés élastiques et thermiques des solides
II-1. Introduction ...................................................................................................................................31
II-2. Energie élastique ...........................................................................................................................31
II-3. Tenseur de contraintes...................................................................................................................32
II.4- Tenseur de déformations ..............................................................................................................33
II.5 - Matrice des constantes élastiques ...............................................................................................34
II-6. Vitesses des ondes élastiques .......................................................................................................40
II-7. Propriétés thermodynamiques ......................................................................................................42
II-7-1. Notion des phonons ...................................................................................................................42
II-7-2. Température de Debye...............................................................................................................43
II-7-3. Dilatation thermique ..................................................................................................................46
II-7-4. Loi de Dulong-Petit .....................................................................................................................47
II-8. Conclusion .....................................................................................................................................49
II-9. Références II ..................................................................................................................................50
Chapitre III : Résultats et discussions
III-1. Introduction ..................................................................................................................................53
III-2. Propriétés structurales et élastiques a P = 0 ................................................................................54
III-2.1. Propriétés structurales ..............................................................................................................54
III-2.2. Constantes élastiques ................................................................................................................62
III-2.3. Vitesses des ondes élastiques....................................................................................................66
a)- Vitesses des ondes élastiques selon certaines directions spécifiques ............................................66
b)- Vitesses des ondes élastiques et température de Debye des agrégats polycristallins ...................68
III-3. Pression de la transition de phase ……………..................................................................................70
III-4. Effet de la pression sur les propriétés élastiques .........................................................................76
III-4-1. Propriétés élastiques .................................................................................................................76
Sommaire
a)- Constantes élastiques et module de rigidité ...................................................................................76
b)- Anisotropie élastique .....................................................................................................................80
c)- Critères de stabilité .........................................................................................................................81
III-4-2. Vitesses de propagation des ondes élastiques...........................................................................83
a)- Vitesses des ondes élastiques selon certaines directions spécifiques.............................................83
b)- Vitesses des ondes élastiques des agrégats polycristallins..............................................................84
III-5. Propriétés thermodynamiques .....................................................................................................87
a)- Volume de la maille .........................................................................................................................89
b)- Module de compressibilité .............................................................................................................91
c)- Capacité calorifique .........................................................................................................................94
d)- Coefficient de dilatation thermique ................................................................................................97
e)- Température de Debye ...................................................................................................................99
f)- Entropie ..........................................................................................................................................102
g)- Paramètre de Grüneisen ...............................................................................................................104
III-6. Conclusion ..................................................................................................................................107
III-7. Références III ..............................................................................................................................109
Conclusion générale
|
| Côte titre : |
DPH/0213 |
Etude des propriétés structurales, élastiques et thermodynamiques des halogénures à base de cuivre [texte imprimé] / Bioud, Nadhira, Auteur ; KASSALI, Kamel, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2018 . - 1 vol (113 f.) ; 29cm. Langues : Français ( fre)
| Catégories : |
Thèses & Mémoires:Physique
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| Index. décimale : |
530.417 Physique des surfaces de l'état solide (interface avec d'autres états de la matière) |
| Résumé : |
Dans ce modeste travail, nous avons étudié les propriétés structurales, élastiques et
thermodynamiques de quelques semiconducteurs à base de cuivre CuX (X=Cl, Br, et I) dans
les phases cubiques zincblende et rock-salt. Ces matériaux possèdent un grand gap d’énergie,
et ils sont particulièrement intéressants pour leurs applications technologiques.
Pour réaliser ce travail, nous avons utilisé un calcul ab-initio basé sur la théorie de la
fonctionnelle de la densité (DFT) et la théorie de la perturbation de la fonctionnelle de la
densité (DFPT) combinées avec la méthode de pseudopotentiel. Les pseudopotentiels utilisés
ici sont ce proposé par Trouiller Martins pour le CuCl et le CuBr dans la phase zincblende, et
ce proposé par Vanderbilt pour le CuCl et le CuBr dans la phase rock-salt, et le CuI dans les
phases zincblende et rock-salt. Les équations de Kohn-Sham sont résolues d’une manière
auto-cohérente, en utilisant une base d’ondes planes implantées dans les deux codes ABINIT
et CASTEP.
Pour le traitement d’échange et de corrélation (exchange-correlation), nous avons utilisé
l’approximation de la densité locale (LDA) dont la forme proposée par Teter et Pade pour le
CuCl, et celle proposée par Perdew et Wang pour le CuBr dans la phase zincblende.
L’approximation du gradient généralisé paramétrée par Perdew, Berke et Erenzehof (PBEsol)
est utilisée pour le CuCl et le CuBr dans la phase rock-salt et le CuI dans les phases
zincblende et rock-salt. Les intégrations dans le réseau réciproque ont été faites en utilisant la
méthode de génération des points k de Monkhorst et Pack.
Les propriétés structurales, les matrices des constantes élastiques, le module de rigidité et
sa dérivée première, le module de cisaillement, le facteur d’anisotropie sont calculés à une
pression nulle et également sous l’effet de la pression hydrostatique. La dépendance du
volume de la maille en fonction de la pression, les pressions de la transition de la phase
zincblende à la phase NaCl sont ainsi obtenues. Nous avons déterminés les vitesses de
propagation des ondes élastiques. Ces dernières sont ensuite utilisées pour la prédiction de la
température de Debye.
Résumé
La majorité des résultats déterminés dans ce travail à une pression nulle sont en général
en accord avec les données expérimentales et les autres valeurs théoriques. |
| Note de contenu : |
Sommaire
Introduction générale ………………………………………………….........................................................................1
Chapitre I : Méthodes de calcul du premier principe
I-1. Introduction ......................................................................................................................................5
I-2. Approximations basées sur la fonction d’onde ………….....................................................................5
I-2-1. Equation de Schrödinger …………....................................................................................................5
I-2-2. Approximation de Born-Oppenheimer…………...............................................................................8
I-2-3. Approximations de Hartree, Hartree-Fock, et Hartree-Fock-Slater ……….....................................9
I-2-3-1. Approximations de Hartree ……………………………………………………………........................................9
I-2-3-2. Approximations de Hartree-Fock (AHF) …………………………………………........................................9
I-2-3-3. Approximations de Hartree-Fock-Slater …………………………………………........................................9
I-3. Théorie de la fonctionnelle de la densité .......................................................................................10
I-3-1. Introduction ................................................................................................................................10
I-3-2. Formulation de Hohenberg-Kohn ……….…....................................................................................11
I-3-3. Formulation de Kohn-Sham ……………….…....................................................................................11
I-3-4. Fonctionnelle d’échange et corrélation ……………….…..................................................................13
a)-Approximation de la densité locale ……………….……….…....................................................................14
b)- Approximation de gradient généralisé ………….….............................................................................15
I-3-5. Auto-cohérence dans les calculs de la DFT …………………..…….......................................................16
I-3-6. Théorie de perturbation de la fonctionnelle de la densité ..........................................................17
I-4. Méthode du pseudopotentiel ........................................................................................................18
I-4-1. Introduction ................................................................................................................................18
I-4-2. Approximation du coeur gelé "Frozen core approximation"........................................................19
I-4-3. Formulation de Philips-Kleinman …….……....................................................................................19
I-4-4. Construction du pseudopotentiel …….……...................................................................................21
a)- Pseudopotentiel à norme conservée …….……..................................................................................21
b)- Pseudopotentiel ultra-mous (ultra-soft pseudopotential) ..............................................................23
I-5. Périodicité de la structure cristalline…….……...................................................................................23
Sommaire
I-5-1. Théorème de Block…….……...........................................................................................................23
I-5-2. Echantillonnage de la première zone de Brillouin .......................................................................25
I-5-3. Energie de coupure .....................................................................................................................25
I-6. Principales implémentations de la DFT………...................................................................................26
I-7. Références I ....................................................................................................................................28
Chapitre II : Aperçu théorique sur les propriétés élastiques et thermiques des solides
II-1. Introduction ...................................................................................................................................31
II-2. Energie élastique ...........................................................................................................................31
II-3. Tenseur de contraintes...................................................................................................................32
II.4- Tenseur de déformations ..............................................................................................................33
II.5 - Matrice des constantes élastiques ...............................................................................................34
II-6. Vitesses des ondes élastiques .......................................................................................................40
II-7. Propriétés thermodynamiques ......................................................................................................42
II-7-1. Notion des phonons ...................................................................................................................42
II-7-2. Température de Debye...............................................................................................................43
II-7-3. Dilatation thermique ..................................................................................................................46
II-7-4. Loi de Dulong-Petit .....................................................................................................................47
II-8. Conclusion .....................................................................................................................................49
II-9. Références II ..................................................................................................................................50
Chapitre III : Résultats et discussions
III-1. Introduction ..................................................................................................................................53
III-2. Propriétés structurales et élastiques a P = 0 ................................................................................54
III-2.1. Propriétés structurales ..............................................................................................................54
III-2.2. Constantes élastiques ................................................................................................................62
III-2.3. Vitesses des ondes élastiques....................................................................................................66
a)- Vitesses des ondes élastiques selon certaines directions spécifiques ............................................66
b)- Vitesses des ondes élastiques et température de Debye des agrégats polycristallins ...................68
III-3. Pression de la transition de phase ……………..................................................................................70
III-4. Effet de la pression sur les propriétés élastiques .........................................................................76
III-4-1. Propriétés élastiques .................................................................................................................76
Sommaire
a)- Constantes élastiques et module de rigidité ...................................................................................76
b)- Anisotropie élastique .....................................................................................................................80
c)- Critères de stabilité .........................................................................................................................81
III-4-2. Vitesses de propagation des ondes élastiques...........................................................................83
a)- Vitesses des ondes élastiques selon certaines directions spécifiques.............................................83
b)- Vitesses des ondes élastiques des agrégats polycristallins..............................................................84
III-5. Propriétés thermodynamiques .....................................................................................................87
a)- Volume de la maille .........................................................................................................................89
b)- Module de compressibilité .............................................................................................................91
c)- Capacité calorifique .........................................................................................................................94
d)- Coefficient de dilatation thermique ................................................................................................97
e)- Température de Debye ...................................................................................................................99
f)- Entropie ..........................................................................................................................................102
g)- Paramètre de Grüneisen ...............................................................................................................104
III-6. Conclusion ..................................................................................................................................107
III-7. Références III ..............................................................................................................................109
Conclusion générale
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