Etude des propriétés thermodynamiques, thermoélectriques, électroniques, magnétiques et structurales des alliages demi-Heusler XYZ

Abstract

La famille des alliages demi-Heusler a gagné une grande popularité en tant que matériaux promoteurs pour les applications spintroniques et thermoélectriques. Afin d'identifier de nouveaux matériaux demi-Heusler à fort potentiel, cette thèse présente une étude complète des propriétés structurales, électroniques, magnétiques, élastiques, thermodynamiques et thermoélectriques de nouveaux composés demi-Heusler ternaires : NiVSn, FeVSn, RbCrSb et RbCrAs dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), basée sur la méthode des ondes planes augmentées linéarisées à potentiel complet (FP-LAPW), telle qu'implémentée dans le package de simulation WIEN2k. Le potentiel d'échange et de corrélation est traité en utilisant quatre approximations : la méthode du gradient généralisé de Perdew-Burke-Ernzerhof (GGA-PBE). En outre, le potentiel de Tran et Blaha Becke-Johnson modifié (TB-mBJ) a été utilisé pour estimer précisément les propriétés électroniques et magnétiques. Par ailleurs, l'influence de la forte corrélation électronique a été prise en compte dans les approximations (PBE-GGA+U) et (mBJ-GGA+U). Les résultats structuraux montrent que NiVSn et FeVSn sont stables dans la phase FM de type 1, tandis que la phase FM de type 3 est la plus stable pour RbCrSb, et RbCrAs. Les constantes de réseau à l'équilibre calculées sont en bon accord avec les données théoriques disponibles. Les valeurs négatives des énergies de cohésion et de formation indiquent que les alliages considérés peuvent être synthétisés et stabilisés expérimentalement. Les propriétés électroniques obtenues par mBJ-GGA+U montrent le caractère ferromagnétique demi métallique de ces matériaux, avec une forte polarisation de spin atteignant les 100% à EF . Les valeurs des moments magnétiques totaux sont entières et s’accordent bien avec la règle de Slater-Pauling (SP). Selon les paramètres élastiques, nos alliages sont mécaniquement stables, de nature anisotrope, rigide et ductile. Les propriétés thermodynamiques sont prédites par le modèle quasi-harmonique de Debye. Cette étude nous a permis d'avoir une vision globale de l'effet de la température et de la pression sur certains paramètres macroscopiques tels que les capacités thermiques CV, le coefficient de dilatation thermique 𝛼 et la température de Debye 𝜃𝐷. Les propriétés thermoélectriques sont étudiées par le code BoltzTrap. Le facteur de mérite thermoélectrique 𝑍𝑇, qui s’approche de ∼1 à 300 K pour nos alliages, souligne leur potentiel dans le domaine de la thermoélectricité. Sur la base des résultats obtenus, les composés NiVSn, FeVSn, RbCrSb, and RbCrAs pourraient être des candidats prometteurs pour les dispositifs spintroniques et thermoélectriques. .