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- ItemÉtude ab-initio du ferromagnétisme dans les chalcogénures de métaux de transition demi-métalliques de type CrX (X = S, Se, Te)(2019-02-12) MOULKHALOUA Hind; Encadreur: BOUHAFS BachirRésumé (en Français) : En utilisant la méthode des ondes planes augmentées à potentiel total plus des orbitales locales (FP-LAPW), dans l'approximation du gradient généralisé (GGA) et GGA + U (correction Hubbard) ainsi que l'approche de Becke-Johnson modifiée (mBJ-GGA et mBJ-GGA + U), nous avons mené une étude systématique des propriétés structurales, électroniques et magnétiques des composés CrS, CrSe et CrTe dans différentes phases concurrentes: CsCl, NaCl, NiAs, zinc-blende (ZB), et wurtzite (WZ). Nous avons obtenu des gaps demi-métalliques (HM) de 1,35 (2,32), 1,65 (2,49) et 1,52 (1,80) pour les composés CrS, CrSe et CrTe, respectivement, dans la phase ZB avec l’approche GGA + U (mBJ-GGA + U). Les gaps HM sont de 1,78, 2,11 et 1,53 pour les composés CrS, CrSe et CrTe, respectivement, dans la phase WZ en utilisant GGA + U. Notamment, CrSe et CrTe en utilisant l'approche mBJ-GGA + U sont des demi-semiconducteurs (HSC) dans la phase WZ. Les gaps HSC sont respectivement de 0,94 et 0,25 eV pour les composés CrSe et CrTe, tandis que CrS a un gap HM de 2,30 eV. Nous avons observé une transition HSC-HM pour les structures cristallines CrSe et CrTe lors de l'application d'une contrainte. Les composés CrS, CrSe et CrTe ont un moment magnétique total de 4.0 μB par unité de formule, le magnétisme provenant principalement de l'ion Cr. Les principales caractéristiques observées à partir de la densité d'états et de l'évolution des contraintes devraient motiver davantage l'exploration expérimentale sur l'application possible des composés CrS, CrSe et CrTe pour des applications spintroniques. Les mots clés : Théorie fonctionnelle de la densité; Ferromagnétisme ; Demi-métaux; Demi-semiconducteurs ; Métaux de transition. Abstract (en Anglais) : Using full-potential linear-augmented plane waves plus local orbitals (FP-LAPW) method, within the generalized gradient approximation (GGA) and GGA +U (Hubbard Coulomb onsite correction) as well as the modified Becke-Johnson approach (mBJ-GGA and mBJ-GGA +U), we have carried out a systematic investigation of the structural, electronic, and magnetic properties of CrS, CrSe, and CrTe compounds in different competing phases: the CsCl, NiAs NaCl, zinc-blende (ZB) and wurtzite (WZ) structures. We obtained half-metallic (HM) gaps of 1.35 (2.32), 1.65 (2.49), and 1.52 (1.80) for the CrS, CrSe, and CrTe compounds, respectively, in the ZB phase within the GGA +U (mBJ-GGA +U) approach. The HM gaps are 1.78, 2.11, and 1.53 for CrS, CrSe, and CrTe compounds, respectively, in the WZ phase using the GGA +U. Notably, the CrSe and CrTe using the mBJ-GGA +U approach are a half-semiconductor (HSC) in the WZ phase. The HSC gaps are 0.94 and 0.25 eV for CrSe and CrTe compounds, respectively, while CrS has a HM gap of 2.30 eV. We observed a HSC-to-HM transition for the CrSe and CrTe crystal structures on application of strain. The CrS, CrSe, and CrTe compounds have a total magnetic moment of 4.0 μB per formula unit with the magnetization predominantly from the Cr ion. The main features observed from the density of states and strain evolution should motivate further experimental exploration on the possible application of the CrS, CrSe, and CrTe compounds for spintronic applications. Keywords : Density functional theory; Ferromagnetism; Half-metals; Half-semiconductors; Transition metals.
- ItemÉtude ab-initio du ferromagnétisme dans les nitrures pour l’électronique de spin(2019-02-12) BENAISSA Houria; Encadreur: BOUHAFS BachirRésumé (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.
- ItemEtude de la structure électronique et magnétique du Fen+1SiCn (n=1, 2, 3) par une méthode de premier-principes(2015-06-14) METADJER Nadjet; Encadreur: BOUHAFS BachirRésumé (Français et/ou Anglais) : Notre travail de thèse s'inscrira dans la continuité des travaux actuels visant à mieux à comprendre certaines propriétés des phases MAX qui sont aujourd'hui considérées comme des candidates sérieuses pour des applications dans le nucléaire, en se basant sur leurs structures électroniques. En effet, une compréhension fine de certaines propriétés (structural, électroniques, magnétiques,..) encore mal comprise nécessite un large travail théorique ( en utilisant la méthode FP LAPW (code WIEN2k)) et expérimental. Dans ce contexte, nous avons 'étudie en détaille les propriétés structurales, électroniques et magnétiques de la phase FeX+1SiCX(X=1, 2, 3) par la méthode DFT dans le cadre de fonctionnelles type LSDA et LSDA+U, ou une base d’onde planes est utilisée (code WIEN2k) pour chaque configuration magnétique étudié. Our work of thesis will be a continuation of the current work to better understand some properties of these MAX phases who are now considered as serious candidates for applications in nuclear energy based on their electronic structure. Indeed, a detailed understanding of certain properties (structural, electronic, magnetic, ..) are still poorly understood requires a broad theoretical work (using the FP-LAPW method (WIEN2k code)) and experimental. In this context, we have studied in detail the structural, electronic and magnetic properties of the phase FeX+ 1SiCX (X = 1, 2, 3) by DFT within LSDA functional type and LSDA + U, where the plane wave basis is used (WIEN2k code) for each magnetic configuration studied.
- ItemÉtude de premier-principes de la structure électronique des matériaux à base de carbone sous haute pression.(2020-10-27) BENABDELKADER Ilyes; Encadreur: BOUHAFS BachirRésumé (en Français) : Le comportement structural et dynamique de dix-sept polymorphes solides du composé de CO2 non moléculaire a été évalué en utilisant la méthode des ondes planes augmentées avec linéarisation et potentiel total (FP-LAPW) dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité au sein de l'approximation généralisée du gradient (GGA-PBEsol). Nous avons montré la présence d'un composé de CO2 solide non moléculaire stable, qui a la phase pyrite Pa3 ̅ comme la phase la plus stable du point de vue énergétique. La phase pyrite Pa3 ̅ du composé CO2 sous pression subit une transition de phase vers la phase rutile P4_2/mnm à P ≈ 5 GPa, tandis que la phase Pnnm s'est avérée dynamiquement instable. De plus, la phase α-cristobalite P4_1 2_1 2 s'est avérée dynamiquement instable avec des modes imaginaires dans les courbes de dispersion des phonons. Nous avons montré que la phase I4 ̅2d existe à P ≈ 11 GPa et subit une transition de phase vers la phase tétragonale P4 ̅m2 à une pression élevée de P ≈ 186 GPa. Ainsi, le chemin de transition pour le dioxyde de carbone (CO2) solide non moléculaire est donné comme indiqué ci-dessous. Pa3 ̅→┴(3.5 GPa) Pnnm→┴(7.7 GPa) P4_2/mnm→┴(11 GPa) I4 ̅2d→┴(168 GPa) P4 ̅m2 Les mots clés : La théorie fonctionnelle de la densité (DFT); Transition de phase; Phonon; Thermodynamique; dioxyde de carbone. Abstract (en Anglais) : The structural and dynamical behaviour of seventeen solid polymorphs of the non-molecular CO2 compound was evaluated using the full potential linear augmented plane wave method (FP-LAPW) in the framework of density functional theory within the generalized gradient approximation (GGA-PBEsol). We showed the presence of a stable non-molecular solid CO2 compound, which has the Pa3 ̅ phase as the most energetically stable phase. The Pa3 ̅ phase of the CO2 compound under pressure undergoes a phase transition to the rutile P4_2/mnm phase at P ≈ 5 GPa, while the Pnnm phase was found to be dynamically unstable. Also, the α-cristobalite P4_1 2_1 2 phase was found to be dynamically unstable with imaginary modes in the phonon dispersion curves. We showed that the I4 ̅2d phase exists at P ≈ 11 GPa and undergoes a phase transition to the tetragonal P4 ̅m2 phase at a high pressure of P ≈ 168 GPa Thus, the transition path for the non-molecular solid CO2 is given as shown below: Pa3 ̅→┴(3.5 GPa) Pnnm→┴(7.7 GPa) P4_2/mnm→┴(11 GPa) I4 ̅2d→┴(168 GPa) P4 ̅m2 Keywords: Density functional theory (DFT); Phase transition; Phonon; Thermodynamic; Carbon dioxide.
- ItemÉtude de premier-principes des alliages nitrures quaternaires dans la phase cubique pour des applications spintroniques.(2021-04-08) BELKACEM Karima; Encadreur: BOUHAFS BachirRésumé (en Français) : Les méthodes de premiers-principes basés sur la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) et la méthode des ondes planes augmentées linéarisées avec un potentiel total (FP-LAPW) ont été utilisées pour étudier les propriétés structurales, élastiques, électroniques et magnétiques des alliages Heusler quaternaires à base de NaXNO (X = Ca, Sr et Ba). L’approximation du gradient généralisé (GGA), tel que paramétré par Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) et le potentiel d'échange de Becke-Johnson modifié (mBJ) ont été utilisés. Nous présentons nos résultats, pour autant que nous le sachions pour la première fois, qui rendent compte quantitativement des structures électroniques et des propriétés magnétiques des alliages Heusler quaternaires NaXNO (X = Ca, Sr et Ba). D'après le calcul de l'énergie totale en utilisant trois configurations atomiques possibles (, , et ), il a été trouvé que les alliages Heusler quaternaires NaXNO (X = Ca, Sr et Ba) sont plus stables dans la phase ferromagnétique . À partir de nos résultats des constantes élastiques Cij estimées, on constate que tous les alliages de Heusler considérés sont mécaniquement stables dans la phase . La stabilité dynamique des phases proposées des alliages considérés est donc inconnue. Nous présentons ici une étude théorique des dispersions de phonon de l'un des alliages considérés, l'alliage NaCaNO. Nous montrons que les deux phases et sont dynamiquement instables. Sur un ensemble de trois phases, la phase est identifiée comme phase métastable possible sur la base de l'analyse de la stabilité dynamique. Nous avons également étudié la robustesse de la demi-métallicité en fonction de la variation du paramètre du réseau dans ces alliages. Nous avons découvert que ces alliages sont des demi-métalliques ferromagnétiques (HMF) avec un moment magnétique de 2 µB par unité de formule à leur volume d'équilibre. Les structure de bandes électroniques polarisées en spin et les densités d'états calculés par GGA (mBJ-GGA) montrent que ces alliages Heusler quaternaires sont de nature métallique dans les directions de spin minoritaires et ont un caractère semi-conducteur dans les directions de spin majoritaires avec un gap demi-métallique de 0.49 (2.17), 0.72 (2.28) et 0.96 (2.22) eV pour les alliages Heusler quaternaires NaCaNO, NaSrCNO et NaBaNO, respectivement. L'analyse de la densité d'états et de la densité de charge de spin de ces alliages quaternaires indique que leurs moments magnétiques proviennent principalement de la forte polarisation de spin des états 2p des atomes N et O. Les mots clés : Théorie fonctionnelle de la densité DFT ; Alliages Heusler ; Demi-métallique ferromagnétique ; Magnétisme. Abstract (en Anglais) : The first-principles approach based on density functional theory (DFT), and the full-potential linearized augmented plane-wave method (FP-LAPW) were employed to investigate the structural, elastic, electronic, and magnetic properties of the NaXNO (X = Ca, Sr, and Ba) quaternary Heusler alloys. The generalized gradient approximation (GGA) as parameterized by Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) and the modified Becke-Johnson exchange potential (mBJ) were used. As far as we know, we present our results which for the first time quantitatively accounts for the electronic structures and magnetic properties of NaXNO (X = Ca, Sr, and Ba) quaternary Heusler alloys. From the total energy calculation using three possible atomic configurations (, , and ), it is found that NaXNO (X = Ca, Sr, and Ba) quaternary Heusler alloys are more stable in the ferromagnetic phase. From our estimated elastic constants Cij, it is found that all the considered Heusler alloys are mechanically stable in the phase. The dynamical stability of suggested phases of the considered alloys is thus unknown. Here, we present a theoretical study of the phonon-dispersion relations of one of the considered alloys, the NaCaNO alloy. We show that the and phases are dynamically unstable. Out of a set of three phases, the phase is identified as possible metastable phase based on the analysis of dynamic stability. We have also investigated the robustness of the half-metallicity as a function of the variation of the lattice constant in these alloys. We have found that these alloys are half-metallic ferromagnets (HMF) with a magnetic moment of 2 µB per formula unit at their equilibrium volumes. The spin-polarized electronic band structure and density of states of these quaternary Heusler alloys calculated by GGA (mBJ-GGA) show that the minority spin channels have metallic nature and the majority spin channels have a semiconductor character with a half-metallic gap of 0.49 (2.17), 0.72 (2.28) and 0.96 (2.22) eV for NaCaNO, NaSrCNO, and NaBaNO quaternary Heusler alloys, respectively. Analysis of the density of states and the spin-charge density of these quaternary alloys indicates that their magnetic moments mainly originate from the strong spin-polarization of 2p states of N atoms and O atoms. Keywords: Density Functional Theory (DFT); Heusler alloys; Half-metallic Ferromagnets; Magnetism.
- ItemÉtude et Modélisation du Flux Solaire globale sur surface inclinée dans la région de Touat(2018-06-27) BAILEK Nadjem; Encadreur: BOUHAFS Bachir; Co-Encadreur: BENATILLAH Aliالملخص (بالعربية) : يشهد استغلال الطاقة الشمسية تطور مهم ملحوظ جدا في العالم مع نمو بنسبة 20 ٪ ، واستخدام جهد أكثر من 100 جيغاواط. منطقة أدرار هي واحدة من الأكثر ملائمة لاستخدام هذه الطاقة بمتوسط تدفق أكثرمن7 كلواط/ساعة/اليوم و الإضاءة أكثر من 3500 ساعة في السنة .الهدف في عملنا هذا يركز على دراسة و نمذجة تدفق الاشعاع الشمسي الساقط على الاسطح المائلة الواقعة في منطقة توات بالاعتماد على القيم الماقسة من الاشعاع الشمسي الا فقي الكلي والجزء المنتشر والبيانات المناخية المختلفة المقاسة لفترة طولية في المنطقة قيد الدراسة لإنشاء بنك معلومات لتقدير تدفق الطاقة الشمسية في المنطقة . Résumé (Français et/ou Anglais) : L’énergie solaire connu un développement très important dans le monde avec une croissance 20%, l’utilisation de potentiel dépasse 100 GW. La région de Touat est l’un des sites les plus favorables à l’utilisation de cette énergie avec un flux moyenne qui dépasse 7 KWh/m2/j et d’ensellement de plus de 3500 h par ans. Dans de nombreuses applications solaires, la connaissance du rayonnement solaire globale sur la surface sur surface incliné représente une exigence importante. La mesure du rayonnement diffus est assez coûteuse, et à cause de cela, les mesures du rayonnement solaire ne sont pas facilement disponibles à divers endroits dans le monde. C'est pourquoi de nombreux chercheurs ont développé diverses corrélations empiriques pour prédire le rayonnement global à partir des données météorologiques disponibles. L'objectif principal de cette étude est donc d'évaluer et modélisation du flux solaire sur surface incliné pour la région du Touat, utilisant des mesures à long terme pour ce site.
- ItemPropriétés magnétiques et structures des alliages ordonnés à base des éléments du groupe IV, Si et Sn, dopés par des métaux de transition et des terres rares(2016-12-08) DINE Khaled; Encadreur: BOUHAFS Bachirالملخص (بالعربية) في هذا العمل قمنا بدراسة نوعين من المركبات التي هي موضوعات بحثية مثيرة للاهتمام و غنية جدا من الجانب النظري و التطبيقي. النوع الأول من المواد يحتوي على معدن انتقالي والثاني على الأتربة النادرة. بالنسبة للمركب الأول، قمنا بدراسة معمقة وشاملة للثلاثة ترتيبات ممكنة لهذا المركب و دراسة الخصائص الإلكترونية و المغناطيسية و البصرية. ثم قمنا بحساب ثوابت المرونة و الخصائص الكهربائية-الحرارية. و أَما النوع الثاني من المركبات فهو عائلة من السبائك تحتوي على أتربة نادرة. وبالنسبة لهذه المجموعة الثانية من المركبات، قمنا بحساب الترتيبات الإلكترونية و مساحات فيرمي لدراسة دور بعض الحالات الإلكترونية في الخصائص الموصلية الفائقة لبعض هذه المركبات. تمت الدراسة هذه باستعمال الطريقة التقريبية و إدخال تأثير مدار الدوران. العمل المقدم في إطار هذه الأطروحة، غني جدا من حيث الخصائص المختلفة للمواد المدروسة و من حيث الطرق التقريبية المستعملة، إضافة إلى الكم الهائل من النتائج المحصل عليها ونوعية هذه النتائج. كل هذا يجعل من هذا العمل إضافة حقيقية في مجال علوم المواد و طرق الحساب من الأساس. Résumé (Français) : Dans ce travail, on a fait une étude ab initio dans le cadre de la DFT de deux types de composés qui sont des matériaux très intéressants de points de vue théorique et applications pratiques. Le premier type est à base de métal de transition (NiSi) et le second appartient à la famille de composés intermétalliques à base de terres rares (RSn3). Pour le NiSi, une étude complète a été effectuée d’abord des propriétés structurales (en étendant l’étude aux trois configurations: NiSi orthorhombique, NiSi hexagonale et SiNi hexagonale) par LSDA, GGA, LSDA+U et GGA+U, puis des propriétés électroniques, magnétiques, et optiques. Un calcul des constantes élastiques et des propriétés thermoélectriques a été réalisé aussi dans le cadre de cette étude. Pour le deuxième type de matériaux, il s’agit de cinq composés intermétalliques de la famille de type RSn3 (R : élément de terre rare, R= Sc, Y, La, Yb, Lu). On a alors réalisé une étude des structures de bandes électroniques et des surfaces de Fermi pour étudier le rôle de certains états électroniques dans la supraconductivité de ces composés, cette étude a été menée en utilisant l’approximation GGA+U et en introduisant le couplage spin Orbite. Le travail, dans le cadre de cette thèse, est très riche par les propriétés des matériaux étudiés, par les méthodes de calcul utilisées et par les quantité et la qualité des résultats obtenus, et constitue donc une valeur ajoutée dans le domaine des sciences des matériaux et des méthodes de calcul ab initio. Résumé (Anglais) : In this work, we conduct an ab initio study as part of the DFT of two types of compounds that are very rich research topics and interesting theoretical point of view and perspective practical applications. The first type is based on transition metals (NiSi) and the second is a family of intermetallic compounds containing rare earths (RSn3). For NiSi, a comprehensive study was conducted: structural properties (by extending the study to three configurations: orthorhombic NiSi, hexagonal NiSi and hexagonal SiNi), electronic, magnetic, and optical. A calculation of elastic constants and thermoelectric properties is also performed in this study. The second type of material, is a five intermetallic RSn3 compounds family type (R: rare earth element, R = Sc, Y, La, Yb, Lu). We conducted an investigation of electronic band structures and Fermi surfaces to study the role of some electronic states on the superconductivity of these compounds, this study was conducted using the GGA + U approximation and introducing the spin orbit coupling effect. This work, is very rich by the properties of the materials studied, by the methods of calculations used and by the quantity and quality of the results, and thus, it constitutes an added value in the field of materials science and ab initio calculations
- ItemStructure électronique des matériaux ferromagnétiques de type pérovskite double: Étude par la technique DFT+U(2018-06-25) DJEFAL Abdelkader; Encadreur: BOUHAFS BachirRésumé (Français et/ou Anglais) : Using first-principle calculations within the framework of density functional theory (DFT), the full-potential linearized augmented plane-wave (FP-LAPW) method have been performed to investigate structural, electronic and magnetic properties of the double perovskite Ca2CoMoO6 and Ca2MnMoO6 within both generalized gradient approximation (GGA) and GGA + U (Hubbard Coulomb onsite correction) were considered. The structural stability ,magnetic ordering were reported on double perovskite Ca2CoMoO6 ,our calculation reveal that the compound is half-metallic (HM) and half semiconductor (HSC) ferromagnetic (FM) semiconductor in the monoclinic structure (P21/n) with a total magnetic moment of 6.0 (μB) using GGA-PBE and GGA-PBE+U. Using the Vampire code, an estimation of exchange couplings and magnetic Curie temperature were calculated. In the other hand, an investigation of structural, electronic and magnetic properties of Ca2MnMoO6 compound were performed, different spin configurations (ferromagnetic (FM), ferrimagnetic (FiM), and antiferromagnetic (AFM1, AFM2) were considered, the value of the Hubbard Coulomb U parameter was varied in the range of 1-4 eV. We find the FM phase has a half metallic character with a net magnetic moment of 5.0 μB while The ground state of Ca2MnMoO6 compound is found to be antiferromagnetic and insulating with the (AFM1) state the most favorable. In the (AFM1) spin configuration, Ca2MnMoO6 compound has a semiconductor nature
