- [ VRPG-Doc] Physique --- فيزياء

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    Etude de Premier principe de la structure magnétique de l’alliage ternaire Ti0.5Mg0.5N dopé Gadolinium
    (2020-06-29) HADDOUCHE ZOUAOUI; Encadreur: ZAOUI ALI
    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
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    Etude de l’interaction magnétique dans les composés Heusler à base des métaux de transition et des terres rares par des calculs de premier principe
    (2015-06-17) HAMRI Aida; Encadreur: DRIDI Zoulikha
    Résumé (Français et/ou Anglais) : Les propriétés structurales, magnétiques, et électroniques de deux composés Heusler Ru2TiZ (Z = Si, Ge, Sn et Pb) et Ti2YGe (Y = V, Cr, Fe, Mn, Co et Ni) ont été calculés en utilisant la méthode la méthode des ondes planes augmentées linéarisées plus les orbitales locales (FP-L/APW + lo) basé sur la théorie de la fonctionnelle de la densité de spin, avec l’approximation du gradient généralisé (GGA) Afin de trouver des nouveaux composés pour les applications spintronique nous avons calculé Les propriétés structurales, électroniques et magnétiques de deux classes des Heusler. Les résultats obtenu révèle que la première classe préfère la configuration paramagnétique tandis que la deuxième se stabilise dans la configuration ferromagnétique. Les propriétés électroniques et magnétiques des alliages Heusler dopé par des éléments de métaux de transition et des terres rare Ru2Ti1-xYxGe (Y= Fe and Gd) (Y = Fe et Gd) pour les concentrations de x = 0, 0,25, 0,5, 0,75, 1 sont également calculés pour la première fois. Nos résultats montrent que l’incorporation du Fe dans le Ru2TiGe créé un gap (HM) au niveau de Fermi (EF) dans le canal des spins minoritaires (MIC) en induisant un moment magnétique sur le composé Ru2TiGe. En outre, le gap HM diminue avec l'augmentation des concentrations de 0,25 à 0,75, tandis que le moment magnétique subit un comportement inverse. L'incorporation de l’élément Gd induit un caractère métallique pour toutes les concentrations. Structural, electronic and magnetic properties of two classes of full heusler Ru2TiZ (Z= Si, Ge, Sn and Pb) and Ti2YGe (Y= V, Cr, Fe, Mn, Co and Ni) are investigated using full potential linearized augmented-plane wave plus local orbitals (FP-L/APW+lo) method based on the spin density functional theory, within the generalized gradient approximation (GGA) to find a new compounds for the spintronic applications are reported for the first time. We have found that the first class prefers the parmagnetic configuration when the second stabilized in the ferromagnetic one. The electronic and magnetic properties of the doped Heusler alloys Ru2Ti1-xYxGe (Y= Fe and Gd) for the concentrations x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1 are also calculated for the first time. Our results show that the Fe incorporating in the Ru2TiGe created a half metallic (HM) gap at Fermi level (EF) in minority spin channel (MIC) and induced a magnetic moment on the paramagnetic Ru2TiGe. Moreover, the HM gap decreases with increasing the concentrations from 0.25 to 0.75, while the magnetic moment undergo an inverse behavior, but the incorporation of the Gd induced a metallic character for all concentrations.
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    Investigation théorique des propriétés structurales, électroniques et magnétiques des alliages heusler Ti2VZ (Z=Ge, Sn, Pb)
    (2016-07-03) Hamri bouabdallah; Encadreur: Abbar Boucif
    In this paper, we performed an ab initio calculation of the different properties of the full-Heusler alloy Ti2VPb which is reported for the first time using the WIEN2k implementation of the full potential linearized augmented plane wave (FPLAPW) scheme. In order to study this compound for magneto-electronic applications we used the generalized gradient approximation (GGA) approximation for its mechanical properties but the MBJ-GGA to better investigate the electronic properties. Our results show that the Ti2VPb compound exhibits half-metallicity at its equilibrium lattice 6.548 Å but a metallic character would occur with an expansion of its lattice parameters to 6.85 Å. Keywords: FPLAPW method; magnetic properties. Dans cet article, nous avons effectué un calcul ab initio des différentes propriétés d'un alliage Heusler Ti2VPb qui est rapporté pour la première fois en utilisant wien2k qui utilise la méthode des ondes planes augmentées linéarisées (FPLAPW) afin d'étudier ce composé pour les applications magnéto-électronique, nous avons utilisé l'approximation du gradient généralisée (GGA) pour ses propriétés mécaniques, mais la MBJ-GGA pour mieux étudier les propriétés électroniques. Nos résultats montrent que les composés Ti2VPb présente une demi-métallicité à son paramètre de maille d'équilibre 6.548 Å, mais un caractère métallique se produirait avec une expansion de ses paramètres de réseau à 6,85 Å. .Mots-clés: la méthode FPLAPW, propriétés magnétiques.
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    Etude ab-initio de l’effet de défaut lacunaire et substitutionnel sur la structure électronique de l’anti-pérovskite Ca3BiP
    (2021-05-31) KADIRI Ahmed; Encadreur: KACIMI Salima; Co-Encadreur: ZAOUI Ali
    Résumé (Français) : Première partie Nous étudions toutes les possibilités des lacunes pouvant induire le magnétisme dans l'anti-pérovskite Ca3BiP en utilisant un calcul d'onde plane linéarisée augmentée à potentiel total dans l'approximation de gradient généralisé (PBE-GGA) et une version modifiée proposée par Becke et Johnson (TB- mBJ) pour le potentiel de corrélation d'échange. Les effets du couplage spin-orbite (SOC) sont également considérés dans cette étude. Nous avons examiné l'effet de toutes les lacunes cationiques et / ou anioniques sur la structure magnétique de ce système. Pour le composé Ca3BiP non magnétique, les structures de bande calculées et les densités d'états montrent un caractère semi-métallique et semi-conducteur obtenu par approximations PBE-GGA et TB-mBJ respectivement. Sans interaction spin-orbite, nous constatons que les systèmes relaxés Ca3-xBiP et Ca3-xBiP1-x ont des moments magnétiques de 2,44701 μB et 3,96894 μB respectivement. Les résultats des deux approches montrent que les lacunes de calcium et de phosphore sont responsables du magnétisme dans l'anti-pérovskite Ca3BiP en raison de la polarisation de spin qui provient principalement des états de valence des atomes les plus proches entourant ces lacunes. Dans le cas des autres lacunes étudiées, le magnétisme n'a pas été induit et tous les matériaux adoptent un caractère métallique. Deuxième partie En utilisant une approche précise de premiers principes, nous avons prédit le ferromagnétisme semi-conducteur dans l’anti-pérovskite Ca3BiP dopée au Mn par les approximations GGA et mBJ en tenant compte du potentiel d’Hubbard pour traiter la forte corrélation des électrons 3d du manganèse et du couplage spin-orbit pour les atomes lourds. Nous avons donné une analyse détaillée des propriétés électroniques et magnétiques de ce composé désordonné, en termes de densité d'états, structure de bandes, de moments magnétiques et de différences d'énergie totale. Nos résultats montrent que la différence d'énergie totale entre les configurations de spin considérées, Emag, augmente avec l’augmentation du paramètre Hubbard, ce qui confirme l’ordre FM dans notre anti-pérovskite dopée au Mn. Les propriétés électroniques et magnétiques résultent de l'interaction entre la division d'échange, la division du champ cristallin et l'hybridation des états d-Mn avec les états p anioniques. La température de Curie TC a été calculée dans ce système. Le couplage électronique est responsable des états magnétiques induits dans le matériau dopé. L'analyse DOS garantit que les états d'impureté d modifient la région de Fermi (bande interdite) et induisent le magnétisme. Nous avons trouvé un TC élevée à la température ambiant. Une TC importante en phase ferromagnétique peut se traduire par une interaction forte à longue distance. Les résultats calculés prédisent une TC élevé de notre anti-pérovskite dopée au Mn, qui peut être un matériau idéal pour les applications spintroniques. Abstract (Anglais) : First part We study all possibilities of vacancy that can induce the magnetism in Ca3BiP anti-perovskite using a full-potential linearized-augmented plane-wave calculation within the generalized gradient approximation (PBE-GGA) and a modified version proposed by Becke and Johnson (TB-mBJ) for the exchange-correlation potential. The effects of spin-orbit coupling (SOC) are also considered in this study. We have examined the effect of all cation and/ or anion vacancies on the magnetic structure in this system. For Ca3BiP bulk non-magnetic, the calculated band structures and densities of states show a semi-metallic and semi-conductor character obtained by PBE-GGA and TB-mBJ approximations respectively. Without spin-orbit interactions, we find that Ca3-xBiP and Ca3-xBiP1-x relaxed systems have magnetic moments of 2.44701 μB and 3.96894 μB respectively. Both approaches results show that the calcium and phosphorus vacancies are responsible for the magnetism in anti-perovskite Ca3BiP due to the spin-polarization that comes mainly from the valence states of the nearest atoms surrounding these vacancies. In the case of the other studied vacancies, the magnetism was not induced and all materials adopt a metallic character. Second part Using a precise first-principles approach, we predicted semiconductor ferromagnetism in the Mn-doped anti-perovskite Ca3BiP by GGA and mBJ approximations taking into account the Hubbard potential to treat the strong correlation of 3d electrons of the manganese and spin-orbit coupling for heavy atoms. We have given a detailed analysis of the electronic and magnetic properties of this disordered compound, in terms of density of states, band structure, magnetic moments and total energy differences. Our results show that the total energy difference between the considered spin configurations, Emag, increases with the increase in the Hubbard parameter, which confirms the FM order in our Mn-doped anti-perovskite. The electronic and magnetic properties result from the interaction between the exchange division, the division of the crystal field and the hybridization of the d-Mn states with the p anionic states. The Curie TC temperature was calculated in this system. Electronic coupling is responsible for the magnetic states induced in the doped material. DOS analysis ensures that d impurity states modify the Fermi region (band gap) and induce magnetism. We found an elevated TC at room temperature. A significant TC in the ferromagnetic phase can result in a strong interaction at long distance. The calculated results predict a high TC of our Mn-doped anti-perovskite, which may be an ideal material for spintronic applications.
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    Ab-initio Study of the Physical Properties of Heusler Alloys
    (2021-11-14) MAAFA Amina; Encadreur: ROZALE Habib
    Abstract : Since their discovery, half-metallic ferromagnets have been the topic of many theoretical and experimental researches due to their potential applications. The well-known Heusler compounds have attracted most attention as several among them were predicted to be half metals. The family of Heuslers incorporates thousands of members exhibiting diverse magnetic phenomena, which makes them very useful in various contemporary fields such as spintronics. For this reason, we have been interested in the ternary most explored group of Heusler alloys as well as their quaternary daughter systems. At first, we have investigated a set of Co- and Fe-based ternary systems (X = Fe, Co; Y = Zr, Mo and Z = Ge, Sb) using ab-initio calculations. We found that Cu2MnAl type structure is more favorable for all compounds, except X2MoGe (X = Co, Fe) and Co2MoSb where the inverse structure was energetically more stable. After studying the electronic properties, we have identified two half-metals (Co2ZrGe and Fe2ZrSb) that could be potential for spintronics applications. Unlike Fe2ZrSb, the half-metallicity in Co2ZrGe alloy has already been predicted in few theoretical studies where the structural and electronic properties agree well to our results. We have also checked the mechanical properties of the ternary alloys. The elastic parameters indicated the mechanical stability of the four Fe2ZrSb, Co2ZrGe and Fe2MoZ (Z = Ge, Sb) materials, where the half-metallic Fe2ZrSb compound is the only one characterized by an enhanced ductility. Afterwards, we completed the previous study by forming eight quaternary structures using the same previous magnetic components. We have studied the physical properties of the quaternary XX’YZ alloys (X = Co, Fe; X’ = Mo, Fe; Y = Zr, Fe; Z = Sb, Ge) and explained their relation with the former ternary Heuslers. The DFT method was once again applied to investigate the magnetic nature of these alloys and we found two other half-metals (CoFeZrGe and CoFeZrSb). Actually, both materials have already been investigated and the resulting lattice constants and gaps were close in values to our theoretical calculations. Additionally, we have computed the elastic parameters, electronic properties as well as the thermoelectric efficiency of the quaternary XX’YZ alloys. They were found to be mechanically stable and have shown different degrees of ductility and stiffness. Besides, they could be very v efficient for the thermoelectric field applications, which paves the way for further theoretical and experimental investigations concerning these new Heuslers.