Etude de premier principe de la structure électronique et du magnétisme dans le ZnO dopé par les ions terres rares.

Abstract

Dans ce travail, la structure électronique et les propriétés magnétiques du ZnO dopé par les terres rares (RE = Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er et Tm) ont été étudiées et cela en utilisant la méthode des ondes planes augmentées avec linéarisation et potentiel total (FP-LAPW) qui est basée sur la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT). Les calculs ont montré que le couplage magnétique entre les ions terre rares dans les sites proches voisins est antiferromagnétique pour le ZnO dopé par le Gd, Dy et Tm et ferromagnétique pour le ZnO:RE (RE= Eu, Tb, Ho et Er). Pour le ZnO:Eu, les états 4f interagissent avec les niveaux d'énergie qui définissent le bas de la bande de conduction, ce qui n'est pas le cas des autres matériaux. Ceci indique la fiabilité des porteurs à spin polarisés dans le ZnO:Eu. Afin de déterminer l'origine du ferromagnétisme, l'influence du dopage du type n et p ainsi que celle des lacunes d'oxygène et du zinc (VO, VZn) a été étudiée. Pour le ZnO:Eu, le ferromagnétisme peut être amélioré par l'injection de trous et des lacunes d'oxygène. Pour le ZnO:Gd qui présente une phase antiferromagnétique à l'état fondamental, le ferromagnétisme peut être généré pour une concentration élevée des électrons. Le dopage en électrons et trous semble aussi avoir de l’effet sur les autres matériaux.