Étude ab-initio du ferromagnétisme dans les chalcogénures de métaux de transition demi-métalliques de type CrX (X = S, Se, Te)
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Date
2019-02-12
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Abstract
Résumé (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.
Description
Doctorat en Sciences
