Investigation des propriétés électroniques et mécaniques des composés des semi-Heusler MRhSb (M=Ti, Zr ,Hf )

Abstract

في هذا البحث قمنا بدراسة نظرية مفصلة و ذلك بحساب الخواص البنيوية ، الإلكترونية ، المرونية، الحرارية ،الخواص الديناميكية الحرارية والضوئية لمركبات نصف هسلر Heuslerو المتمثلة في المواد (M = Ti, Zr, Hf)) MRhSb. تم إجراء العمليات الحسابية باستخدام طريقة الأمواج المستوية الخطية المتزايدة المحتملة (FP-LAPW) ضمن نظرية الكثافة الدالة الوظيفية (DFT). المعلمات شعرية الأمثل في اتفاق جيد إلى حد ما مع البيانات التجريبية المتاحة. تؤكد الثوابت المرونية المحسوبة (Cij) ووحداتها المرنة ذات الصلة على ثبات المركبات المدروسة في الطور المكعب وتبرز طبيعتها الصلبة.كما تم استخدام تقريب mBJ-LDA لحساب الخواص الالكترونية و قد تبين أن هذا التقريب يعطي نتائج قريبة جدا من النتائج التجريبية و خاصة في تحسين طاقة GAP . يكشف تحليل هياكل الشريط وكثافات الحالات (DOS) عن طبيعة أشباه الموصلات مع فجوة نطاق طاقة غير مباشرة (Γ -X). تُظهر طبيعة الترابط التي تمت مناقشتها عبر مخطط كثافة شحنة الإلكترون خليطًا من الرابطة التكافؤية والأيونية كذلك تم تقديم بعض الأطياف البصرية مثل الوظيفة العازلة المعقدة ، مؤشر الانكسار ، الانعكاسية ، وظيفة فقدان الطاقة والامتصاص. كما تُظهر الخاصية الديناميكية الحرارية المقدرة ضمن التقريب شبه التوافقي سلوكًا مشابهًا للمركبات الثلاثة و أخيرًا تقييم معامل Seebeck يؤدي إلى توليد طاقة حرارية S ≥ 500 μV/K وهو أمر مفيد جدًا للتطبيقات الحرارية الكهربائية.. ،. كلمات مفتاحية: مواد نصف هسلر، الكثافة الدالة الوظيفية (DFT) ،الخواص المرونية ، الخواص الضوئية ، الخواص الحرارية.

------------------------------------------- Résumé (Français et/ou Anglais) :

Dans ce travail nous avons fait une étude théorique détaillée des propriétés structurales, élastique, électronique, optiques , thermodynamiques et thermoélectrique des composés semi-Heusler MRhSb (M = Ti, Zr, Hf). Les calculs sont effectués en utilisant la méthode des ondes planes augmentées linéaires à potentiel total (FP-LAPW) dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Les paramètres de réseau optimisés sont en bon accord avec les données expérimentales disponibles. Les constantes élastiques calculées (Cij) et leurs modules élastiques associés confirment la stabilité des composés étudiés dans la phase cubique et mettent en évidence leur nature ductile. nous avons appliqué une version modifié proposée par Becke et Johnson (mBJ) pour améliorer l’énergie de gap. L'analyse des structures de bande et les profils de densité d'états (DOS) révèlent la nature semi-conductrice avec un gap d'énergie indirect (Γ-X). La nature de la liaison discutée via le graphique de densité de charge d'électrons montre un mélange de liaisons covalentes et ioniques. Aussi certains spectres optiques tels que la fonction diélectrique complexe, l’indice de réfraction, la réflectivité, la fonction de perte d’énergie et l’absorption sont présentés. La caractéristique thermodynamique estimée dans l'approximation quasi-harmonique de Deby montre un comportement similaire pour les trois composés. Enfin L'évaluation du coefficient de Seebeck conduit à une puissance thermique S ≥ 500 μV/K, ce qui est très bénéfique pour les applications thermoélectriques.

Mots clés : théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ; Semi-Heusler ; propriétés élastiques, propriétés optiques ; propriétés thermoélectriques . ---------------------------------------- Abstract A detailed theoretical investigation of the structural, elastic, electronic, optical, thermodynamic and thermoelectric properties, of half-Heusler MRhSb (M = Ti, Zr, Hf) compounds is presented. The computations are carried out using the full potential linear augmented plane wave method (FP-LAPW) within density functional theory (DFT). The optimized lattice parameters are in fairly good agreement with available experimental data. The computed elastic constants (Cij) and their related elastic moduli confirm the stability of the studied compounds in the cubic phase and highlight their ductile nature. the modified exchange potential has been used to obtain accurate band strength and band order. Analysis of band structures and densities of states (DOS) profiles reveal the semiconducting nature with an indirect energy band gap (Γ-X). The bonding nature discussed via the electron charge density plot shows a mixture of covalent and ionic character. some optical spectra such as the complex dielectric function, refractive index, reflectivity, energy loss function and absorption are presented. The thermodynamic characteristic estimated in the Deby quasi-harmonic approximation shows similar behavior for the three compounds. Finally The evaluation of Seebeck coefficient leads to thermo-power S ≥ 500 μV/K which is very benefic for thermoelectric applications, Keywords: Density functional theory (DFT); Half Heusler; elastic properties; optical, thermoelectric properties.