Contribution à l’étude des propriétés structurales électroniques, magnétiques et l’effet de la déformation hydrostatique et tétragonale sur la demi-métallicité des composés half Heuslers : Méthode de premier principe.

Abstract

الملخص (بالعربية) :

تم استخدام طريقة الموجات المستوية المعززة الخطية كاملة الإمكانات (FP-LAPW) ، ضمن نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) ، للتحقيق في الخصائص الهيكلية والمرونة لـ KRbAs و KNaAs و NaRbAs. أظهرت النتائج المتحصل عليها ، باستخدام تقريب التدرج المعمم (GGA) ، أن جميع المركبات أكثر استقرارا في الطور المغنطيسي الحديدي لهيكلها من النوع الأول. ومع ذلك، اثنان منهم فقط، KRbAs و KNaAs ، يظهران ثباتًا ميكانيكيًا وبالتالي تم حساب الخصائص الإلكترونية والمغناطيسية لكل من المركبين. الخواص الإلكترونية، وجدنا أن كل المركبات تظهر الخاصية النصف معدنية مع فجوات مباشرة تبلغ 1.114 فولت وفجوات غير مباشرة تبلغ 1.514 فولت و 1.467 فولت ، في قنوات الدوران ، لـ KNaAs و KRbAs و NaRbAs ، على التوالي. وبالتالي ، يمكن استخدامها في الأجهزة spintronic. علاوة على ذلك ، إجمالي المغناطيسية المحسوبة هي أعداد صحيحة وتساوي 1µB ، والتي تتوافق مع قاعدة Slater-Pauli. وفي دراستنا لتأثير تغير الضغط على النصف المعدني لمركبات KNaAs و KRbAs، لقد لحظنا أن المركب KNaAs احتفظ بهذه الخاصية حتى 50 (GPa) ، و من ناحية أخرى فإن المركب KRbAs يصل إلى 18 (GPa). أما بالنسبة لدراسة تأثير تشوه رباعي الزوايا على النصف المعدني لهذه المركبات بدلالة تغير النسبة c/a، وجدنا أن المركب KNaAs يحتفظ بسلوكه النصف المعدني في النطاق من 0.4 إلى 1.4، و بالنسبة للمركب KRbAS في النطاق من 0.5 إلى 1.6. الكلمات المفتاحية : أنصاف هسلر، أنصاف المعادن، استقطاب السبين، طريقة المبدأ الأول، تباين الضغط، تشوه رباعي الزوايا. ---------------------------------------------- Résumé (en Français) : La méthode des ondes planes augmentées linéarisées à plein potentiel (FP-LAPW), dans le cadre de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT), a été utilisée pour étudier les propriétés structurales et élastiques des matériaux KRbAs, KNaAs et NaRbAs. Les résultats obtenus, en utilisant l'approximation de gradient généralisée (GGA), ont révélé que tous les composés préfèrent leur phase ferromagnétique pour structure de type I. Cependant, seuls deux d'entre eux, KRbAs et KNaAs, présentent une stabilité mécanique, ainsi les propriétés électroniques et magnétiques ont été calculées pour les deux composés. Pour les propriétés électroniques, nous avons constaté que les deux composés présentent un caractère demi-métallique avec des gaps directs de 1,114 eV et des gap indirects de 1,514 eV et 1,467 eV, pour les spin-up, pour KNaAs, KRbAs et NaRbAs, respectivement. Ainsi, ils peuvent être utilisés dans des dispositifs spintroniques. De plus, leurs moments magnétiques totaux calculés sont des nombres entiers et égale à 1µB, ce qui est en accord avec la règle de Slater-Pauli. Et dans notre étude de l'effet de la variation de pression sur la demi-métallique des composés KNaAs et KRbAs. Nous avons vu que le composé KNaAs conservé cette propriété jusqu'à 50 (GPa), et par contre le composé KRbAs jusqu'à 18 (GPa). On ce qui concerne l'étude de l'effet de la déformation tétragonale sur la demi-métallique de ces composés en fonction du rapport c/a, nous avons trouvé que le composé KNaAs conserver son comportement demi-métallique dans l’intervalle de 0.4 à 1.4, et pour KRbAs dans l’intervalle 0.5 à 1.6. Les mots clés : half-Heusler, demi-métallique, polarisation en spin, méthodes du premier-principe, déformation hydrostatique, déformation tétragonale. ---------------------------------------------- Abstract (en Anglais) : The full-potential linearized augmented plane waves (FP-LAPW) method, within the density functional theory (DFT), has been used to investigate the structural and elastic properties of KRbAs, KNaAs, and NaRbAs. The obtained results, utilizing the generalized gradient approximation (GGA), revealed that all compounds prefer their type-I structure ferromagnetic phase. However, only two among them, KRbAs and KNaAs, exhibit a mechanical stability thus the electronic and magnetic properties have been calculated for both compounds. In the electronic properties, we found that both compounds show a half-metallic character with direct gaps of 1.114 eV and indirect gaps of 1.514 eV and 1.467 eV, in the spin-up channels, for KNaAs, KRbAs and NaRbAs, respectively. Thus, they may be utilized in spintronic devices. Moreover, their calculated total magnetic moments are integers and equal to 1µB, which agree with the Slater-Pauli rule. And in our study of the effect of pressure variation on the half-metallic behavior of KNaAs and KRbAs compounds. We have seen that the KNaAs compound retains the half-metallic behavior up to 50 (GPa), and KRbAs compound retains the half-metallic behavior up to 18 (GPa). As for the study of the effect of tetragonal deformation on the half-metallic of these compounds in the range of the varying of c/a ratio, we found that the compound KNaAs retain its half-metallic behavior in the range of 0.4 to 1.4, and for KNaAS from 0.5 to 1.6.

Keywords : half-Heusler, half-metallic, spin-polarization, first principles method, Hydrostatic deformation, tetragonal deformation.