Structure électronique, magnétique et optique des composés III-v dopés terre rare et métaux de transition

Abstract

Cette thèse présente une étude sur l'effet des impuretés magnétiques, telles que les métaux de transition et les terres rares, sur les propriétés structurales, électroniques, magnétiques et optiques des matériaux III-V (GaN), dans le but d'améliorer les fonctionnalités de ces matériaux dans les applications optoélectroniques et spintroniques. Les calculs sont effectués dans une supercellule (2x2x2) de structure zinc blende en utilisant la méthode des ondes planes augmentées linéarisées à potentiel total (FP–LAPW) implémentée dans le code Wien2k. Nous avons choisi les approximations LSDA et TB-mBJ pour optimiser le potentiel d’échange et de corrélation. Les résultats obtenus des calculs structuraux ont montré que les systèmes GaN dopé avec MT (MTGa = Cr, Mn, Fe, Co) et GaN dopé avec TR (TRGa= Pr, Eu, Gd, Er, Tm) à 6.25 % sont stables dans la phase ferromagnétique (FM) , sauf le GaN:Ce qui est stable à la phase non magnétique, tandis que le GaN codopé (Ni, Co) et (Gd,Mn) à 12.5 % sont stables dans la phase anti ferrimagnétique (AFM). Ces systèmes présentent également des moments magnétiques importants allant jusqu'à 7 μB pour le GaN:Gd, qui proviennent principalement des atomes dopants. Les résultats des propriétés électroniques indiquent que tous les systèmes étudiés présentent un caractère semi-conducteur, à l'exception du composé GaN:Co qui présente un caractère demi métallique , ainsi que des composés GaN:Ce et GaN:Pr, qui présentent un caractère métallique , avec un gap d’énergie direct pour les composés GaN :Cr, GaN :Gd , GaN :Er et GaN :Tm et un gap indirect pour le composé GaN :Mn, GaN :Fe , GaN :Eu, GaN :(Ni, Co) et GaN :(Gd, Mn). Les spectres optiques des constantes de fonction diélectrique   , de l'indice de réfraction, du coefficient d'extinction et du coefficient d'absorption ont révélé que ces matériaux ont un large champ d’applications technologiques, notamment dans le domaine de l'ultraviolet