Calcul ab-initio des propriétés des semi- conducteurs magnétiques dilués
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Date
2025
Authors
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Publisher
Université Badji Mokhtar Annaba
Abstract
Les propriétés structurales, élastiques, électroniques, magnétiques, optiques et thermodynamiques des composés Ca1-xCrxTe (x = 0, 0,25, 0,50 et 0,75) ont été calculées dans la phase Rock-salt ferromagnétique en utilisant deux méthodes : la méthode des ondes planes linéarisées et augmentées avec un potentiel plein (FP-LAPW), dont le fondement théorique est la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) implémentée dans le code Wien2k et la méthode du cristal quasi harmonique de Debye implémentée dans le code Gibss2 . La première est utilisée pour le calcul des propriétés structurales, élastiques, magnétiques et optiques et la seconde est utilisée pour le calcul des grandeurs thermodynamiques. Nous avons utilisé l'approximation GGA-PBE pour le calcul des propriétés structurales et l'approximation de Becke-Johnson modifiée par Tran-Blaha (TB-mBJ) pour le calcul des propriétés électroniques et optiques. L'objectif de cette étude est d'observer l'impact de l'incorporation du chrome (Cr) sur les propriétés physiques et thermodynamiques du semi- conducteur binaire CaTe. L'étude des propriétés structurales a montré que les composés ternaires sont stables dans la phase ferromagnétique et que le paramètre de maille « a » diminue lorsque le taux de Cr augmente. Les résultats issus de l’étude des propriétés élastiques ont montré que tous les composés ternaires sont mécaniquement stables et ceux issus de l’étude des propriétés électroniques ont montré que ces mêmes composés sont des demi-métaux ferromagnétiques présentant une polarisation totale au niveau de Fermi et se comportent comme des semi-conducteurs dans le canal des spins minoritaires et comme des métaux dans le canal des spins majoritaires. Pour les trois composés,les semi-conducteurs ont un gap direct dans la direction (Γ–Γ), les valeurs du gap sont égales à 1,984 eV, 1,769 eV et 1,496 eV pour les composés respectifs Ca0,75Cr0,25Te, Ca0,50Cr0,50Te et Ca0,25Cr0,75Te. L'étude magnétique a montré que les composés ternaires ont un moment magnétique total égal à 4 μB dont la majeure partie provient de l’élément magnétique Cr, elle a également montré via les valeurs calculées des constantes d’échange couplage d'échange entre la bande de valence et les états 3d-Cr est antiferromagnétique et que couplage d'échange entre la bande de conduction et les états 3d-Cr est ferromagnétique. L'étude des propriétés optiques des composés ternaires réalisée sur l'intervalle d'énergie allant de 0 à 40 eV a mis en évidence un effet remarquable de l'impureté Cr sur l'évolution des spectres calculés, elle a mis en évidence la présence de pics supplémentaires aux basses énergies mettant en jeu des transitions électroniques impliquant les états électroniques 3d de Cr et dont les positions et les intensités sont sensibles au taux de Cr.L’étude des propriétés thermodynamiques des composés, réalisée via l'approximation quasi-harmonique de Debye implémentée dans le code GibssII, a permis de conclure que l’ajout du chrome (Cr) à la matrice semi-conductrice CaTe ne provoque pas de changements notables sur le volume de la cellule, les capacités calorifiques à volume constant et à pression constante et sur la dilatation thermique des composés, seules la température et la pression ont un effet appréciable sur ces grandeurs.
Description
Keywords
propriétés structurales; potentiel plein (FP-LAPW); propriétés structurales, élastiques, magnétiques et optiques