Etude des propriété électroniques et optiques des alliages quaternaires de types Heusler

Abstract

Nous avons utilisé la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT) afin d'étudier les propriétés structurales, électroniques, magnétiques et optiques de deux séries de matériaux, les composés Heuslers quaternaires CoFeTiZ(Z=P, As, Sb) et les alliages Heusler pseudo-quaternaires Co2Ti1-xFexZ (Z=Ge, Sn, As) pour des concentrations x=0, 0.25, 0.5, 0.75, et 1. La stabilité de la phase ferromagnétique de type (I) des composés quaternaires CoFeTiZ est confirmée par le calcul des constantes élastiques, des fréquences de dispersion des phonons et de l’énergie de formation. Le tracé des structures de bandes montre que ces composés sont demi-métalliques et présentent une polarisation en spin de 100% au niveau de Fermi. Le gap d'énergie dans la direction des spins-down se situe entre les états t1u occupés et les états eu inoccupés de valeurs égales à 0.81, 0.80 et 079 eV pour les composés CoFeTiP, CoFeTiAs, CoFeTiSb, respectivement. Les composés étudiés présentent un moment magnétique total de 2.0 µB dont la valeur obéit à la règle de Slater-Pauling. Les propriétés optiques de ces composés ont été étudiées en déterminant la fonction diélectrique, l'indice de réfraction, le coefficient d’extinction, le coefficient d'absorption, la conductivité optique et la fonction de perte d’énergie. Tous les alliages pseudo-quaternaires Co2Ti1-xFexZ, à l'exception du Co2Ti1-xFexAs, présentent un caractère demi-métallique avec un gap d’énergie dans la direction des spins-down. Le gap diminue en fonction de l’augmentation de la concentration de Fer et présente une déviation négative par rapport à la courbe linéaire. Cette déviation est plus importante dans le cas des alliages Co2Ti1-xFexSn. L’ajout du Fer améliore le magnétisme des alliages étudiés dont la valeur du moment magnétique total passe de 2µB pour une concentration x=0 à une valeur de 6 µB pour une concentration x=1. La distorsion de la structure cubique (austénite) des alliages Heusler Co2Ti1-xFexAs induit une transformation martensitique (tétragonale). Pour des rapports c/a de 1.30, 1.26, 1.22, 1.17 et 1.16, correspondant à des concentrations x= 0, 0.25, 0.5, 0.75 et 1, les phases martensites deviennent énergétiquement plus stables. Les valeurs négatives du module de cisaillement montrent que les phases austénites de ces alliages sont élastiquement instables et, par conséquent, devraient subir des transformations martensitiques. La stabilité des phases martensitiques est confirmée par le calcul de la densité d'états polarisés en spin au niveau de Fermi. L'ajout du Fer dans l'alliage Co2TiAs conduit à une diminution de la température de transformation martensitique TM. Avec une température TM supérieure à la température ambiante pour x = 0 et 0.25, ces composés devraient se comporter comme des alliages à mémoire de forme.