Etude de premier principe de la structure électronique et du magnétisme dans le ZnO dopé par les ions terres rares.
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Date
2015-12-15
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Résumé (Français et/ou Anglais) :
Abstract
In this work, the electronic structure and the magnetic properties of ZnO doped with rare earth ions (RE = Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er et Tm) were studied using the full-potential linearised augmented-plane wave (FP-LAPW) which is based on the functional theory density (DFT). Calculations have shown that the magnetic coupling between the rare earth ions in the nearest neighbors sites is antiferromagnetic for Gd,Dy and Tm doped ZnO and ferromagnetic for ZnO: RE (RE = Eu, Tb, Ho and Er). For ZnO: Eu, the 4f states interact with the energy levels that define the bottom of the conduction band, which is not the case of other materials. This indicates the reliability of spin polarized carriers in the ZnO: Eu. To determine the origin of ferromagnetism, the influence of n-type and p-type doping was studied, the oxygen and zinc vacancies (VO, VZn) as well. For ZnO:Eu, ferromagnetism can be improved by the injection of holes and oxygen vacancies. The ZnO:Gd is found to favour the antiferromagnetic phase. The ferromagnetism can be achieved by appropriate electron doping and generation of oxygen vacancies. Doping electrons and holes also appears to have an effect on other materials.
Résume
Dans ce travail, la structure électronique et les propriétés magnétiques du ZnO dopé par les terres rares (RE = Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er et Tm) ont été étudiées et cela en utilisant la méthode des ondes planes augmentées avec linéarisation et potentiel total (FP-LAPW) qui est basée sur la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT). Les calculs ont montré que le couplage magnétique entre les ions terre rares dans les sites proches voisins est antiferromagnétique pour le ZnO dopé par le Gd, Dy et Tm et ferromagnétique pour le ZnO:RE (RE= Eu, Tb, Ho et Er). Pour le ZnO:Eu, les états 4f interagissent avec les niveaux d'énergie qui définissent le bas de la bande de conduction, ce qui n'est pas le cas des autres matériaux. Ceci indique la fiabilité des porteurs à spin polarisés dans le ZnO:Eu. Afin de déterminer l'origine du ferromagnétisme, l'influence du dopage du type n et p ainsi que celle des lacunes d'oxygène et du zinc (VO, VZn) a été étudiée. Pour le ZnO:Eu, le ferromagnétisme peut être amélioré par l'injection de trous et des lacunes d'oxygène. Pour le ZnO:Gd qui présente une phase antiferromagnétique à l'état fondamental, le ferromagnétisme peut être généré pour une concentration élevée des électrons. Le dopage en électrons et trous semble aussi avoir de l’effet sur les autres matériaux.
Description
Doctorat en Sciences
