Investigation de la demi-métallicité dans les composés Ca1-xMxS (M=Cr, V)

Abstract

Dans ce manuscrit, les propriétés structurales, électroniques et magnétiques des semi-conducteurs magnétiques Ca1-xCrxS et Ca1-xVxS (x =0.25, 0.50, 0.75) ont été étudiées dans la phase rock-salt (B1) en utilisant la méthode des ondes planes augmentées et linéarisées à potentiel total (FP-LAPW) dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Les résultats ont montré que les valeurs des paramètres de réseau fournis par l’approximation du gradient généralisé GGA-PBE sont les plus proches des valeurs expérimentales et par conséquent nous les avons adoptées dans le calcul des propriétés structurales de nos composés. Pour l’étude des propriétés électroniques et magnétiques, nous avons utilisé l’approximation GGA-PBE pour les composés Ca1-xVxS et l’approximation mBJ –LDA pour les composés Ca1-xCrxS. L’étude structurale des composés Ca1-xVxS et Ca1-xCrS est faite dans la phase ferromagnétique(FM) car ils y sont plus stables et aussi pour l’importance que cette phase peut présenter dans les DMS. Les résultats des propriétés électroniques des composés ternaires Ca1-xVxS (x =0.25, 0.50) et Ca1-xCrxS (x=0.25, 0.50, 0.75) ont montré que ces composés possèdent le caractère ferromagnétique demi-métallique, alors que le composé Ca1-xVxS (pour x=0.75) a un caractère ferromagnétique presque demi-métallique. Les valeurs calculées des moments magnétiques totaux de tous les composés sont des entiers, (3B) pour les composés dopés au vanadium (V) et 4B pour les composés dopés au chrome (Cr) à l’exception du composé Ca0.25V0.75S dont la valeur du moment magnétique total a été trouvée égale à 2.97B. L’analyse des bandes d’énergie et des densités d’états électroniques totales (TDOS) des composés dans la phase ferromagnétique de structure rock-salt a montré que les états Cr-3d et V-3d jouent un rôle important dans l’apparition du moment magnétique et que l’hybridation p-d est à l’origine de l’apparition du ferromagnétisme dans les composés DMS. La valeur du moment magnétique sur le site du chrome (Cr) dans les composés Ca1-xCrxS diminué avec l’augmentation de la concentration de ce dernier ; par contre, elle augmente mais pas d’une manière significative sur le site du vanadium (V) quand la concentration de ce dernier augmente dans les composés Ca1-xVxS. Sur les sites atomiques non magnétiques (Ca et S) ainsi que sur les espaces interstitiels, les valeurs des moments magnétiques sont relativement faibles. Enfin, nous avons calculé les constantes d’échange N0 et N0 pour mettre en évidence la nature du couplage dans les composés.