Etude ab initio des propriétés structurales, électroniques et magnétiques des semi-conducteurs magnétiques dilués (DMS)

Abstract

Dans ce travail, nous avons effectué une étude théorique en utilisant la méthode des ondes planes augmentées et linéarisées (FP-LAPW) basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité en spin polarisé (SP-DFT), qui est implémentée dans le code Wien2K, pour déterminer les propriétés structurales, électroniques, magnétiques, thermodynamiques et élastiques des composées ternaires Zn1-xMnxSe, Zn1-xCoxSe et Zn1-xFexSe à x =0, 0.25, 0.50, et 0.75, dans la phase zinc blende (B3). Les propriétés structurales sont étudiées par l’approximation du gradient généralisé (PBE-GGA) pour la minimisation de l'énergie totale. Quant aux propriétés électroniques, c’est l’approximation du gradient généralisé (PBE-GGA) et l’approximation de gradient généralisé d'Engel-Vosko (EV-GGA) qui a été utilisée, en utilisant en plus l'approximation mBJ-GGA. On trouve que les structures électroniques présentent un comportement semi-conducteur ferromagnétique pour Zn1− xMnxSe , Zn1 − xCoxSe à x= 0.25,0.50 ,0.75 et Zn1−xFexSe à x = 0.50. Un comportement demi-métallique pour Zn1−xFexSe à x = 0.25 et 0.75, le moment magnétique calculé pour les atomes Mn, Fe et Co sont 2.5, 2 et 1.5 μB, respectivement. L’origine du ferromagnétisme dans nos DMS est due à l’hybridation entre TM-d et Se-p qui réduit le moment magnétique local de Mn, Co et Fe et crée des moments magnétiques locaux de faibles valeurs sur les sites non magnétiques Zn et Se.; quant à l’origine du gap observé dans les composés demi-métallique Zn1-xFe xSe, il est dû à l’hybridation p-d et d-d. Les semi-conducteurs magnétiques dilués Zn1-xTM xSe (TM = Mn, Co et Fe) obéissent aux critères de stabilité mécanique ; ils sont fragile et mécaniquement anisotropes. Les propriétés thermodynamiques sont prédites par le modèle quasi-harmonique de Debye. In this work, we have performed a theoretical study using the full potential linearized augmented plane wave FP-LAPW method in the framework of the spin polarization density functional theory (SP-DFT), which is implemented in the WIEN2K code. To determine the structural, electronic, magnetic, thermodynamic and elastic properties of Zn1-xMnxSe, Zn1-xCoxSe et Zn1-xFexSe ternary alloys at x =0, 0.25, 0.50, et 0.75, in the zinc blende phase (B3).The structural properties are investigated by the generalized gradient approximations (PBE-GGA) minimizing the total energy. As for the electronic, the generalized gradient approximations (PBE-GGA), the Engel-Vosko generalized gradient approximation (EV-GGA) which were used, in addition using the mBJ-GGA approximation. The electronic structures are found to exhibit a semiconducting behaviour for Zn1-xMnxSe , Zn1-xCoxSe at x= 0.25, 0.50 , 0.75, and Zn1−xFexSe à x = 0.50. Half-metallic behaviour for Zn1-xFexSe alloys at x =0.25 et 0.75, The magnetic moment, calculated for the Mn,Fe and Co and Fe atoms are 2.5, 2 and 1.5 μB, respectively. The origin of ferromagnetism in the DMS that we studied here is due to The p–d hybridisation between the TM-d and Se-p states reduces the local magnetic moment of Mn, Co and Fe and induces small local magnetic moments on Zn and Se sites; as for the origin of the gap, observed in the half-metal alloys Zn1-x Fe xSe, it is due to p-d and d-d hybridization. The diluted magnetic semi-conductors Zn1-xTM xSe (TM = Mn, Co and Fe) obey the criteria of mechanical stability; they are brittle and mechanically anisotropic. The thermodynamic properties are predicted by Debye's quasi-harmonic model. في هذا العمل لقد أجرينا دراسة نظرية باستخدام طريقة الأمواج المستوية المتزايدة خطيا و الكمون . Wien2K و الذي تم في ،(SP-DFT) spin في اطار نظرية كثافة الدالة بدلالة (FP-LAPW) الكامل لتحديد الخصائص البنيوية، الإلكترونية و المغناطيسية، الحرارية و المرونية لأنصاف المعادن المغناطسية المخففة من الطور البنيوي ، x = 0.25,0.5 et عند 0.75 Zn1-xFexSe و Zn1-xMnxSe ,Zn1-xCoxSe (PBE-GGA) من أجل الخصائص البنيوية استعملنا تقريب التدرج المعمم . Zinc blende (B3) (PBE-GGA) لمعالجة كمون تبادل-ارتباط. من أجل الخصائص الإلكترونية، استعملنا تقريب التدرج . (mBJ-GGA) و التقريب المعدل لباك-جونسون (EV-GGA) المعمم, تقريب التدرج المعمم لانجیل -فوسكو سلوك نصف ناقل مغناطيسي Zn1−xCoxSe و Zn1−xMnxSe بينت دراسة الخصائص الإلكترونية للمركبات انه نصف معدن فيرومغناطيسيى عند التركيز. Zn1−xFexSe فيرومغناطيسيى في حين، تبين المركب للمعدن الانتقالي البديل Co و Mn, Fe العزم المغناطيسي المحسوب بواسطة ذرات x=0.25, 0.75. على التوالي. يرجع أصل الفيرومغناطيسية في انصاف μB 2 و 1.5 , للمركبات شبه المعدنية هي 2.5 (TM) الذي يقلل من المغناطيسية Se-p وTM-d النواقل المغناطسية المخففة التي درسناها هنا إلى التهجين بين في gap واصل .Se و Zn ويحفز مغناطيسية محلية صغيرة في مواقع Fe و Co و Mn المحلية ل دراسة الخصائص المرونیة لأنصاف النواقل p-d , p-p هو نتيجة التهجين Zn1-xFexSe المركبات بينت إنها مستقرة ميكانيكيا، فهي هشة ومتباينة Zn1-xTM xSe (TM = Mn و Co و Fe) المغناطيسية المخففة الخواص ميكانيكيا. في ما يتعلق بالخصائص الديناميكية الحرارية فقد استعملنا نموذج ديباي شبه التوافقي.