ETUDE DES PROPRIETES STRUCTURALES, THERMODYNAMIQUES ET MECANIQUES DES HEUSLERS

Abstract

Dans ce travail de recherche, nous avons présenté une étude théorique sur les propriétés structurales, mécaniques, électroniques, magnétiques, et thermoélectriques de deux séries d’alliages de iii Heusler complet Fe2CrX (X = Sb, As) et X2ZrSi (X = Ru, Os). Les calculs ont été effectués à l’aide d’une méthode ab-initio appelée méthode des ondes planes augmentées linéarisées avec un potentiel total (FP-LAPW) dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) implémentée dans le programme de calcul Wien2k. Le potentiel d’échange et de corrélation a été traité par l'approximation de gradient généralisé de Perdew-Burke-Ernzerhof (GGA-PBE) et la méthode du potentiel d'échange de Becke-Johnson modifiée par Tran-Blaha (TB-mBJ). Les résultats obtenus ont montré que les quatre matériaux sont mécaniquement et dynamiquement stables. Les deux composés Fe2CrSb et Fe2CrAs sont stables dans la phase ferromagnétique (FM) et présentent un comportement ferromagnétique tandis que les composés Ru2ZrSi et Os2ZrSi sont stables dans une structure de type Cu2MnAl en phase non magnétique (NM). Les valeurs négatives de l'enthalpie de formation 𝛥𝐻𝑓 et celles de l'énergie de cohésion 𝐸𝑐𝑜ℎ 𝑋2𝑌𝑍calculées pour les quatre alliages permettent de conclure que ces matériaux sont thermodynamiquement stables et pourraient être expérimentalement synthétisés. Les propriétés mécaniques et élastiques confirment que ces solides sont mécaniquement stables, anisotropes et ductiles. D’après les résultats électroniques, les deux matériaux de la première série étudiée possèdent un caractère demi-métallique avec une polarisation de spin P=100% au niveau de Fermi et un gap d’énergie indirect pour le solide Fe2CrSb et un gap direct pour le Fe2CrAs ; leurs moments magnétiques obéissent à la règle de Slater-Pauling. Les deux matériaux de deuxième série présentent un caractère semi-conducteur avec une bande interdite indirecte. Enfin, en utilisant le code BoltzTrap intégré dans le logiciel Wien2k, nous avons présenté une étude prédictive sur les propriétés thermoélectriques des alliages de Heusler ternaires Fe2CrX (X = Sb, As) et X2ZrSi (X = Ru, Os). Notre étude thermoélectrique prédit que ces alliages sont des matériaux thermoélectriques probables et prometteuses en raison des faibles conductivités thermiques, des coefficients Seebeck élevés et des conductivités électriques élevées, concrétisés en cela par un facteur de mérite (ZT) proche de l'unité à basse et haute température.