Investigation des propriétés physiques de l’oxyde de cérium dopé par des métaux de transition via la méthode ab-initio FP-LAPW

Abstract

Dans cette thèse, nous avons étudié les propriétés structurales, électroniques magnétiques et optiques de l’oxyde de cérium (CeO2) dopé avec divers métaux de transition, tels que l'argent (Ag), le cuivre (Cu), le molybdène (Mo), le tungstène (W), le palladium (Pd) et le platine (Pt). Une attention particulière est portée sur les effets spécifiques de l'incorporation d'argent (Ag), à différentes concentrations sur les propriétés de l’oxyde. Nous avons également examiné les effets du co-dopage de (Pd-Pt) ainsi que (Mo-W), sur ces propriétés. Pour mener cette étude, nous avons utilisé une approche informatique de premier principe appelée méthode des ondes planes augmentées linéarisées à plein potentiel (FP-LAPW), qui repose sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) en utilisant l'approximation de gradient généralisé (GGA-PBEsol). Tous ces calculs sont effectués en utilisant le code de calcul Wien2k. Le dopage de CeO2 par des métaux de transition a montré que les composés dopés par les métaux nobles Ag, Cu, Pd et Pt sont stables dans l’état non magnétique, tandis que les composés dopés par Mo et W sont stables dans l’état ferromagnétique à une concentration de 25%. À une concentration de 12.5%, l'état ferromagnétique est le plus stable pour tous les dopants. Pour différentes concentrations en Ag, les composés dopés ont montré une réponse semi-conductrice avec une bande interdite indirecte et la présence de niveaux d'énergie d'impuretés isolés. De plus, les impuretés d'argent ont amélioré de manière significative l’absorption dans le domaine de la lumière visible et UV. Le co-dopage de CeO2 au (Pd, Pt) a engendré un matériau métallique doté de caractéristiques magnétiques, tandis que celui de (Mo, W) a donné naissance à un matériau semi-conducteur qui présente des propriétés magnétiques atypiques par rapport aux semi-conducteurs classiques. Par ailleurs, le co-dopage de CeO2 a conduit à une amélioration significative de ses caractéristiques optiques et ainsi de sa capacité photocatalytique. Ces résultats offrent de nouvelles perspectives pour les applications dans les domaines de la catalyse, de l'électronique, de la spintronique et de l'optoélectronique.