| Titre : | Etude des propriétés optoélectroniques et mécaniques des semi-conducteurs magnétiques |
| Auteurs : | KHALDI Abdelghani, Auteur ; Hatem Ghodbane, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2019 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Semiconducteurs,propriétés structurales,propriétés mécanique,propriétés optiques,propriétés électroniques,Ab initio,pression,MnTe,MnS,MnSe. |
| Résumé : |
Le présent travail porte sur les études ab initio de la structure de la bande électronique et des propriétés dérivées des composés semiconducteurs magnétiques à base de Mn dans la structure zinc-blende. Les calculs sont effectués en utilisant la méthode des ondes planes pseudopotentielles à la fois dans l'approximation de la densité locale et dans l'approximation du gradient généralisé implémentés dans le code CASTEP. Des caractéristiques telles que les bandes interdites d'énergie, la densité d'états, la transition de phase structurelle, les constantes élastiques et leurs propriétés mécaniques, la stabilité et les réponses optiques associées ont été étudiées. L'effet de la pression hydrostatique sur les propriétés d'intérêt a été examiné et discuté.
À pression nulle, nos résultats montrent un bon accord raisonnablement avec ceux rapportés dans la littérature. Les critères de stabilité élastique généralisés ont montré que les matériaux en question sont mécaniquement stables dans toutes les plages de pression étudiées. La pression appliquée permet de modifier les paramètres structurels et mécaniques et de décaler toutes les bandes électroniques et tous les spectres optiques considérés, donnant ainsi de nouvelles propriétés fondamentales aux matériaux considérés. Les informations recueillies lors de la présente étude peuvent être utiles pour les applications photovoltaïques et les nouveaux effets magnéto-électriques topologiques |
| Sommaire : |
TABLE DES MATIERES
Dédicace Remerciements ملخص Résumé Abstract Table des figures Liste des tableaux Nomenclature Table des matières Introduction générale 1 Bibliographies 5 Chapitre I : Généralités sur les propriétés fondamentales des semiconducteurs I.1 Introduction 6 I.2 Définition d’un semiconducteur et sa structure électronique 6 I.2.1 Conductivité électrique 7 I.2.2 Notion de bandes d’énergie 8 I.2.2.1 Notion de gap direct et de gap indirect 10 I.2.3 Conduction par électron et par trou 11 I.2.4 Semiconducteur intrinsèque 12 I.2.5 Semiconducteur extrinsèque 12 I.2.5 Semi-conducteurs dopés 12 I.6 Conclusion 13 I.3 Les propriétés structurales des semiconducteurs 13 I.3.1 Les semiconducteurs cristallins 13 I.3.1.1 La structure Zinc-Blende et rocksalt 14 I.3.1.2 Paramètre cristallin 15 I.3.1.3 Le réseau réciproque 16 I.4 Les propriétés optiques des semiconducteurs 17 I.4.1 Définition des ondes électromagnétiques 17 I.4.2 Le spectre électromagnétique 18 Table des matières I.4.3 La lumière visible 19 I.4.4 Notions de photon et sa couleur 19 I.4.5 L’interaction rayonnement- matière 20 I.4.5.1 L’absorption fondamentale de la lumière 21 I.4.5.2 Emission spontanée 21 I.4.5.3 Emission stimulée 22 I.4.6 Phénomène de recombinaison dans les semi conducteurs 22 I.4.6.1 Recombinaisons radiative et non radiative 22 I.4.6.2 Centres de recombinaison et niveaux pièges 22 I.4.7 L’indice de réfraction 23 I.4.8 Les transitions directes et indirectes 23 I.4.9 Couleurs des semiconducteurs 26 I.4.10 Relation entre transmission et absorption 27 I.5 Propriétés élastiques et mécaniques des solides cristallins 28 I.5.1 Introduction 28 I.5.2 Liaisons cristallines 28 I.5.3 Élasticité linéaire isotrope 29 I.5.4 Modèle élastique linéaire 31 I.5.4.1 Comportement élastique - Contrainte et déformation 31 I.5.4.2 Tenseur des contraintes 33 I.5.4.3 Tenseur des déformations 34 I.5.4.4 Tenseur de constantes d’élasticité (Constantes de souplesse) 36 I.5.4.4.1 Cas d’un crystal à symétrie cubique 37 I.5.4.4.2 Cas des matériaux isotropes 37 I.5.5 Modules élastiques isotropes 40 I.5.5.1 Module de Young et coefficient de Poisson 40 I.5.5.2 Module de compressibilité 42 I.5.5.3 Module de cisaillement 44 I.5.5.4 Approximation de Voigt-Reuss-Hill 45 I.5.6 Anisotropie élastique 47 I.5.7 Vitesses de propagation des ondes élastiques 48 I.5.8 Température de Debye 49 I.5.9 Equation d'état 50 I.5.10 Critères de stabilité mécanique et la pression de transition 51 I.6 Les semiconducteurs magnétiques dilués DMS …….. 52 Table des matières I.6.1 Les DMS à base des semiconducteurs II-VI 53 I.6.2 Les DMS à base des semiconducteurs III-V 54 I.6.3 Avantages des DMS à base des semiconducteurs II-VI. 54 Bibliographies 55 Chapitre II : les méthodes de premier principe et détails de calculs II.1 Introduction 58 II.2 Problème à N corps avec des approximations 58 II.2.1 L’équation de Schrödinger 58 II.2.2 Approximation de Born-Oppenheimer 60 II.2.3 Approximation du champ auto-cohérent (self consistent) 61 II.2.3.a Approximation de Hartree 61 II.2.3.b Approximation de Hartree-Fock 61 II.2.3.c Approximation de Hartree-Fock-Slater 63 II.3 Théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) 64 II.3.1 La Densité Electronique 65 II.3.2 Théorie de la fonctionnelle de la densité de Hohenberg-Kohn 65 II.3.3 Méthode de Kohn et Sham 67 II.3.4 Approximations de la fonctionnelle d’échange et corrélation 69 II.3.4.a Approximation de la densité locale LDA 69 II.3.4.a Approximation du gradient généralisé (GGA) 71 II.3.5 Auto-cohérence dans les calculs de la D.F.T 73 II.4 Méthodes de pseudo potentiel et ondes planes 74 II.4.1 Introduction 74 II.4.2 Théorème de Bloch (l’approche d’ondes planes) 75 II.4.3 Echantillonnage de la première zone de Brillouin 77 II.4.4 Energie de coupure Ecut-off 77 II.5 Méthode de pseudopotentiel 78 II.5.1 L’approximation du coeur gelé 79 II.5.2. Formulation de Philips-Kleinman 79 II.5.3 Construction de pseudopotentiel 80 II.5.3.a Pseudopotentiel à norme conservée 80 II.5.3.b Pseudopotentiel ultra soft (US-PP) 83 II.5.4. Génération de pseudo-potentiel 84 II.6 Présentation du code CASTEP et détails de calculs 86 Table des matières II.6.1Présentation du code de calcul CASTEP 86 II.6.1.1 Optimisation géométrique avec le code CASTEP 87 II.6.1.2 Convergence en Cut-off et l’échantillonnage en point k dans le CASTEP 88 II.6.1.3 Diagrammes de structure de bandes et de densité d'états 89 II.6.1.3.a Structure de bandes électroniques 89 II.6.1.3.b Densité d’états électroniques 89 II.6.1.4 Traitement des propriétés optiques par le code CASTEP 90 II.1.4.1 Connexion à l'expérience 90 II.6.1.5 Méthode de calcul des constantes élastiques 91 II.6.2 Méthode et paramètres de calculs 91 II.6.2.1 Paramètres structuraux de l’état fondamental 92 Bibliographies 94 Chapitre III : Résultats et discussions Étude des propriétés structurales, mécaniques et optoélectroniques du MnX (X = Te, S et Se) III.1 Introduction 97 III.2 Etude des propriétés structurales du MnX (X = Te, S et Se) 98 III.2.1 Etude des propriétés structurales du MnTe à pression nulle 98 III.2.2 Effet de la pression sur les propriétés structurales du MnTe 100 III.2.3 Etude des propriétés structurales des composés MnS et MnSe à pression nulle 102 III.2.3.1 Équation d’état 104 III.2.3.2 Pression de transition structurale 106 III.2.4 Effet de la pression sur les propriétés structurales des composés MnS et MnSe 107 III.3 Etude des propriétés mécaniques du MnX (X = Te, S et Se) 109 III.3.1 Etude des propriétés mécaniques du MnTe à pression nulle 109 III.3.1.1 Constantes élastiques Cij à pression nulle 109 III.3.1.2 Ductilité / Fragilité à pression nulle 110 III.3.1.3 Anisotropie élastique à pression nulle 111 III.3.1.4 Stabilité mécanique à pression nulle 111 III.3.2 Effet de la pression sur les propriétés mécaniques du MnTe 111 III.3.2.1 Effet de la pression sur les constantes élastiques Cij 111 III.3.2.2 Effet de la pression sur la stabilité mécanique 112 III.3.2.3 Effet de la pression sur l’anisotropie élastique 113 III.3.2.4 Effet de la pression sur les modules d’élasticité B, G et E 114 III.3.2.5 Effet de la pression sur la ductilité /fragilité 115 III.3.2.6 Effet de la pression sur le coefficient de Poisson 116 Table des matières III.3.2.7 Effet de la pression sur les vitesses de propagation des ondes élastiques température de Debye 117 III.3.3 Etude des propriétés mécaniques des composés MnS et MnSe à pression nulle 119 III.3.3.1 Constantes élastiques Cij à pression nulle 119 III.3.3.2 Ductilité / Fragilité à pression nulle 120 III.3.3.3 Stabilité mécanique à pression nulle 120 III.3.3.4 Anisotropie élastique à pression nulle 120 III.3.3.5 Vitesses d’ondes élastiques à pression nulle 120 III.3.4 Effet de la pression sur les propriétés mécaniques des composés MnS et MnSe. 122 III.3.4.1 Effet de la pression sur les constantes élastiques Cij 122 III.3.4.2 Effet de la pression sur stabilité mécanique 123 III.3.4.3 Effet de la pression hydrostatique sur l’anisotropie 125 III.3.4.4 Effet de la pression sur les modules d’élasticité B, G et E 125 III.3.4.5 Effet de la pression sur la ductilité / fragilité 127 III.4 Etude des propriétés optoélectroniques du MnX (X = Te, S et Se) 128 III.4.1 Etude des propriétés optiques du MnTe 129 III.4.1.1 La fonction diélectrique 129 III.4.1.2 Le coefficient d'absorption optique 130 III.4.1.3 La conduction optique 131 III.4.1.4 La fonction de perte d’énergie des électrons 132 III.4.2 Etude des Propriétés optiques du MnS 133 III.4.2.1 La fonction diélectrique 133 III.4.2.2 L'indice de réfraction . 134 III.4.2.3 Réflectivité optique 135 III.4.2.4 Absorption optique 136 III.4.2.5 La conductivité optique 137 III.4.2.6 Fonction de perte des électrons 138 III.4.3 Etude des Propriétés optoélectroniques du MnSe 139 III.4.3.1La fonction diélectrique 139 III.4.3.2 L'indice de réfraction 140 III.4.3.3 La conductivité optique 141 III.4.4 Propriétés électroniques du MnS et MnSe 142 Bibliographies 146 Conclusion générale |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0979 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable |
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