Etude ab-initio des matériaux bidimensionnels à base de trihalogénures de métaux de transition

Abstract

Dans cette thèse, nous avons mené une étude approfondie des propriétés physiques des matériaux bidimensionnels de la famille de trihalogénures de métaux de transition (MX3) dopées par des métaux de transition. L'approche de recherche utilisée repose sur la méthode des ondes planes augmentées (PAW), mise en œuvre dans le code VASP, dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), en utilisant les approximations GGA et GGA + U pour prendre en compte les effets de corrélation. La première section de notre étude est consacrée à l'analyse des propriétés de la monocouche MoI3 dopée avec différents métaux de transition, à savoir Sc, Ti, V, Cr et Mn. Les résultats obtenus montrent que le dopage avec le Sc et le Ti transforme la monocouche MoI3 d'un semi-conducteur bipolaire ferromagnétique en un semi-conducteur ferromagnétique. En revanche, le dopage avec le V et le Cr donne des propriétés half semi-conductrices. Le dopage avec le Mn conduit à un caractère demi-métallique avec une magnétisation renforcée, même en présence du couplage spin-orbit (SOC). Enfin, tous les systèmes dopés présentent un ferromagnétisme robuste, en particulier la monocouche MoI3 dopée au V, avec des températures de Curie élevées dans l'approximation du champ moyen. Dans la deuxième section de l'étude, les monocouches VCl3 elles aussi sont dopées avec des métaux de transition et ont révélé des propriétés intéressantes. Le dopage avec le Sc et le Ti a produit des semi-conducteurs ferromagnétiques avec des gaps d'énergie indirects, tandis que le dopage avec le Cr a donné un semi-conducteur ferromagnétique avec un gap d'énergie directe et le dopage avec le Mn et le Fe a généré des semi-conducteurs sans gap de spin (SGS) et des semi-conducteurs ferromagnétiques bipolaires (BFMS), respectivement, suscitant un vif intérêt en spintronique. Tous les systèmes dopés ont affiché d'importants moments magnétiques, notamment 4,75 μB par cellule unitaire pour la monocouche dopée au Fe et une stabilité ferromagnétique accrue. En conséquence, ces monocouches de trihalogénures de métaux de transition dopées sont prometteuses pour les applications en spintronique en raison de leurs propriétés uniques.