Structure électronique d’une nouvelle classe des composés et alliages demi-Heusler à base des terres rares: Étude de premier-principes

Abstract

الملخص (بالعربية) :

نقوم بتقرير عن الخصائص الإلكترونية المفصلة عن المركبات نصف هوسلر RPtBi (R =La,Gd,Lu) . مقاربة الكثافة المحلية زائد عامل هوبار LDA+U أدت إلى أن المركب GdPtBi ممغنط بطريقة التضاد بينما المركبين RPtBi (R = La, Lu) هم غير ممغنطين كما هو مثبت بالتجربة. في عملنا هذا نقدم أيضا مقارنة عن الخواص الإلكترونية و المغناطيسية المقدمة بين DFT و DFT+U على غرار مقاربة الكثافة المحلية (LDA) و المقاربة التدرج المعمم (GGA) و دالة الدالة Becke-Johnson المعدلة. إضافة إلى ذلك سنناقش بنية الطاقوية بإستخدام الإزدواج بين عزم الدوران و العزم المداري للإلكترونات (SOC) و مدى أهميتها في إعطاء أدق الخواص للمركبات انصاف هوسلر اللتي تحوي عناصر الأرض النادرة. و بما أن ترتيب مدارات الإلكترونات و خصوصا Γ6, Γ7, Γ8يعتبر تحديا جديا فإن (MBJ+U) المستعملة هنا قد أعطت مساعدة كبيرة للتعرف على الترتيب الصحيح في البنية الطاقوية لمركباتنا. إن الدراسة التي أجريت على أثار ذرات البيسموث بعد دمجها في مركب LaPtSb المعروف على أن لديه ترتيب عادي فيما يخص مستويات الطاقة أدت إلى تحوله إلى ترتيب غير عادي بعد إدماج نسبة معينة من ذرات البيسموث الشيء اللذي يسمح بتوسيع دائرة المواد المرشحة لأن تكون العوازل التوبولوجية.

---------------------------------------------- Nous rapportons sur les propriétés électroniques détaillées des composés demi-Heusler RPtBi (R=La,Gd,Lu). LDA+U prévoie que GdPtBi et que RPtBi (R = La, Lu) non magnétique, ce qui est en bon accord avec l'expérience. Dans ce travail, nous présentons également une comparaison entre les propriétés électroniques et magnétiques fournies par DFT et ceux calculés par DFT+U, en l'occurrence l'approximation de la densité locale (LDA), l'approximation du gradient généralisé (GGA) et la fonctionnelle de Becke-Johnson modifié(MBJ). En outre, nous discutons de nos structures de bande calculés et montrons que l'utilisation d'un paramètre Hubbard U et le couplage spin-orbite (SOC) sont essentielles à la précision de différentes propriétés de ces demi-Heusler contenant des atomes de terres rares. Puisque la détermination précise de l'ordre des orbitales, en particulier, Γ6, Γ7, Γ8, reste un défi, l'approche théorique (MBJ + U) présentée ici fourni certainement une grande aide pour prédire la séquence de bande correcte. L’étude de l’effet du dopage de LaPtSb, connue comme un matériau possédant un ordre topologique trivial, par les atomes de bismuth a révélé que ce matériau devient topologiquement non trivial à une certaine concentration ce qui permet d’élargir la famille des candidats des isolants topologiques.

----------------------------------------------

We report on the detailed electronic properties of half Heusler compounds RPtBi (R=La, Gd, Lu). LDA+U predict an anti-ferromagnetic GdPtBi and nonmagnetic RPtBi (R=La, Lu) ground states, which are in agreement with the experiment. In this work, we also present a comparison between the electronic and magnetic properties provided by DFT and those computed by DFT+U in the Local Density Approximation (LDA), the Generalized Gradient Approximation (GGA) and the Modiffed Becke–Johnson functional (MBJ). In addition, we discuss our calculated band structures and show that the use of a Hubbard U parameter and the spin–orbit coupling (SOC) are critical to the accuracy of different properties of these half Heusler involving rare earth atoms. Since accurate determination of orbital order, in particular, Γ6, Γ7, Γ8, is still a challenge, the theoretical approach (MBJ+U) presented here is certainly of a great help to predict the correct band sequence. The study of the incorporation of Bismuth atoms in LaPtSb, known that have a trivial band order, reveals that this material becomes topological non trivial compounds at a known concentration this allows us to extend the boundaries of topological insulator candidates.