Étude ab-initio du ferromagnétisme dans les nitrures pour l’électronique de spin

Abstract

الملخص (بالعربية) : تستخدم المبادئ الأولى وذلك باستخدام طريقة الموجات المستوية المعدلة الخطية لجهد تام (FP-LAPW) المبنية على نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) المطبق في برنامج (code-WIEN2k) قمنا بدراسة الخصائص الهيكلية والإلكترونية والمغناطيسية للمركبات الثنائية MgN و MgO. يتم حساب مركب MgN في مراحل بلورية مختلفة: NaCl (B1), CsCl (B2), ZB (B3), NiAs (B81), WZ (B4) و Pnma ضمن تقريب التدرج المعمم (GGA-PBE) تم تحديد أبعاد البلورة من خلال حساب ثابت الشبكة و معاملات الانضغاطية ومشتقاتها وحساب الحجم لكل تركيب الذي تتكون عنده كل بلورة. ومن ثم استخدمنا أسلوب نهج باك جونسون المعدل (mBJ-GGA-PBE) لحساب مستويات الطاقة وتحديد فجوة الطاقة. مما يمكن أن يعزى ذلك إلى وجود مدارين مستقطبين للدوران في النتروجين. يظهِر المركب الثنائي MgN طابع شبه معدني بلحظة مغناطيسية صحيحة قدرها (1 μB) لكل وحدة صيغة وفجوة طاقة نصف معدنية.إن النتائج التي تحصلنا عليها كانت تتطابق بشكل كبير مع النتائج التجريبية والنظرية الأخرى. الكلمات الرئيسية: نظرية الدالة الوظيفية للكثافة (DFT, Density Functional Theory)؛ نصف المعادن. فرومنتيسم. النيتروجين,. MgO

Résumé (en Français) : La méthode des ondes planes augmentées linéarisées à potentiel total (FP-LAPW) basée sur la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) est utilisée pour étudier les propriétés structurales, électroniques et magnétiques des composés binaires MgN et MgO. Le composé MgN a été calculé dans différentes phases cristallines: NaCl (B1), CsCl (B2), ZB (B3), NiAs (B81), WZ (B4) et Pnma en utilisant l'approximation du gradient généralisé (GGA-PBE) et l’approximation de Becke-Johnson modifiée (mBJ-GGA-PBE) pour l'énergie et le potentiel d'échange-corrélation. Les paramètres de maille, les modules de compressibilités, leurs dérivées premières par rapport à la pression et les paramètres internes calculés sont en bon accord avec d’autres données théoriques. La structure de bande électronique et la densité d'états montrent qu'il se produit un caractère demi-métallique et magnétique, qui peut être attribué à la présence des orbitales de type p polarisée en spin dans l’azote. Le composé binaire MgN présente un caractère demi-métallique, avec un moment magnétique entier de 1 μB par unité de formule et un gap demi-métallique. Les mots clés : Théorie fonctionnelle de la densité; Demi-métaux; Ferromagnétisme ; Métaux alcalins; Azote ; MgO.

Abstract (en Anglais) : First-principles full-potential linearized augmented plane-wave method (FP-LAPW) based on density functional theory (DFT) are used to investigate the structural, electronic and magnetic properties of MgN and MgO binary compounds. The MgN compound in different crystalline phases: NaCl (B1), CsCl (B2), ZB (B3), NiAs (B81), WZ (B4) and Pnma is calculated within the generalized gradient approximation (GGA-PBE) and the modified Becke-Johnson approach (mBJ-GGA-PBE) for the exchange-correlation energy and potential. The calculated lattice parameters, bulk moduli, their first-pressure derivatives and internal parameters are in good agreement with the other theoretical data. The electronic band structure and density of states show that half-metallic and magnetic character arises, which can be attributed to the presence of spin polarized p orbitals in nitrogen. The MgN binary compound shows half-metallic character with an integer magnetic moment of 1 μB per formula unit and half-metallic gap.

Keywords : Density functional theory; Half-metals; Ferromagnetism; Alkali metals; Nitrogen; MgO.