Etude de Premier principe de la structure magnétique de l’alliage ternaire Ti0.5Mg0.5N dopé Gadolinium

Abstract

الملخص (بالعربية) : تندرج هذه الأطروحة في إطار النظري لدراسة المعادن متعددة الوظائف المبنية على أساس عناصر الأرضية النادرة. قمنا بدراسة هذه البنيات البلورية باستخدام طريقة الموجات المستوية المعدلة الخطية للجهد التام( FP-LAPW) من اجل تحديد طبيعة هذا الخليط. من خلال الحسابات البسيطة باستخدام طريقة المبادئ الاساسية لاحظنا إنتقال من ناقل إلى شبه ناقل مع زيادة تركيز Mg إلى 0.5 و هذا ما يتوافق نظريا و تجريبيا ,كانت فجوة الطاقة 0.403 إلكترون فولط إلى 1.183 إلكترون فولط بتقريب باك جونسون المعدل GGA-mBJ. نشطنا الخليط الشبه الناقل Ti0.5Mg0.5N بذرات الجادولينيوم لدراسة الخصائص المغناطسية باستخدام التقريب GGA+U بغية وصف الارتباط الموجود في الطبقات 4f لذرة Gd , مع قيم U متغيرة في هامش يتراوح بين 0 و 10 الكترون فولط . أشارت تحاليل الأنطقة الإلكترونية و كثافة الحالات باستعمال الطرق التقريبية المختلفةإلى أن هذا الخليط يسلك سلوك نصف ناقل و هذا ما تثبته القيمة التامة للعزم المغناطسي الكلي.

الكلمات المفتاحية : أشباه النواقل , طريقة المبادئ الاساسية,أنصاف النواقل, الخصائص المغناطيسية,الخصائص الضوئية ----------------------------------------------

Résumé (en Français) : Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude théorique des métaux multifonctionnels à base des éléments terres rares. Les structures ainsi obtenues ont été étudiées par la méthode des ondes planes augmentée linéairement à potentiel totale (FP-LAPW) dans le but d’évaluer la nature de cet alliage. A travers ces simples calculs ab-initio, on a pu observer une transition métal-semi-conducteur à fur et à mesure que la concentration du Mg augmente à 0.5 confirmée théoriquement qu’expérimentalement, un gap de 0.403 eV corrigé à 1.183 eV avec GGA-mBJ. L’alliage Ti0.5Mg0.5N de caractère semi-conducteur est dopé à ce stade par l’atome magnétique le Gadolinium Gd , l’évaluation des configurations magnétiques les plus stables par l’approche GGA+U ,appliquée pour décrire les électrons fortement corrélés 4f de l’ion Gd, ou U allant de 0 à 10 eV. L’analyse de la structure de bande électronique et la densité d’état de ces alliages avec les deux différentes approches dans leurs configurations magnétiques déterminées nous ont convaincu d’un comportement demi-métal, confirmé par la valeur entière du moment magnétique total.

Les mots clés : Semi-conducteurs; calculs premier principe; demi-métal ; propriétés magnétiques; propriétés optiques. ---------------------------------------------- Abstract (en Anglais) : This thesis is concerned with the theoretical study of multifunctional metals based on rare earth elements. The structures thus obtained have been studied by the full potential linearized augmented plane wave method (FP-LAPW) in order to evaluate the nature of this alloy. Through ab initio calculations, we have been able to observe a metal-semiconductor transition gradually as the concentration of Mg increases at 0.5 confirmed theoretically that experimentally, a gap of 0.403 eV corrected to 1.183 eV with GGA-mBJ. The Ti0.5Mg0.5N alloy of semiconductor character is doped at this stage by magnetic atom the Gadolinium Gd, the evaluation of the most stable magnetic configurations by the GGA+U approach ,applied to describe the strong correlation between the 4f electrons in Gd ion where U ranging from 0 to 10 eV. The analysis of the electronic band structure and the state density of these alloys with the two different approaches in their determined magnetic configurations convinced us of a half-metal behavior, confirmed also by an integer value of total magnetization. Keywords : Semiconductors; First Principle calculations; half-metallic; Magnetic properties; Optical properties