Etudе аb-initiо dеs prоpriétés structurаlеs, élесtrоniquеs, орtiquеs еt mаgnétiques dе l'оxуdе de magnésium mono-dopé et co-dopé : Applications en spintronique et optoélectronique

Abstract

Dans le cadre de cette thèse, les propriétés physiques de l’oxyde alcalino-terreux, MgO, mono-dopé avec des métaux de transition et co-dopé avec un élément des terre rare (Eu) et un métal de transition sont étudiées. L'approche employée est la théorie de la fonctionnelle de la densité, avec l'utilisation de la méthode des ondes planes augmentées linéarisées à plein potentiel (FP-LAPW). Cette méthode est implémentée dans le code de simulation des solides Wien2k. Les calculs sont réalisés à l’aide, des approximations GGA et GGA+mBJ, pour le potentiel d’échange et de corrélations. Grâce à cette démarche méthodologique, des résultats précis des propriétés structurales, électroniques, magnétiques et optiques de MgO dopé et co-dopés sont obtenus. Dans la première section, une étude approfondie est menée sur l’oxyde MgO en utilisant les approximations principales intégrées dans le code (LDA, GGA). Cette démarche vise à comparer et valider les résultats obtenus par rapport aux données expérimentales. Par la suite, l’approximation GGA-PBEsol est adoptée pour étudier l’effet du dopage de MgO par des métaux de transition (Ni, Pd et Pt) à 12.5% de concentration dans la structure NaCl. L'influence du numéro atomique (Z) et du nombre d'électrons (d), sur les propriétés des composés dopés est analysée. X0.125Mg0.875O (x=Ni, Pd, Pt) présentent un comportement semi-conducteur magnetique dans les deux directions de spin (up et down) avec un gap énergétique plus étroit que la matrice hôte et un moment magnétique de 2 μB indiquant un comportement ferromagnétique. Ils montrent également une absorption élevée dans les régions basses UV par rapport au composé pur, ce qui les rend prometteurs pour des applications optiques. Dans une seconde phase de l'étude, l'impact de la variation de la concentration (3.125%, 6.25%, 12.5%, et 25%), en corrélation avec le changement du numéro atomique (Z) et de la configuration électronique (d) des métaux de transition TMxMg1-xO (Cu, Ag, Au)est examiné. L'étude montre une transition de nature avec la concentration. A 25%, les composés dopés sont conducteurs non magnétiques. A faibles concentrations, ils deviennent semi-métalliques ferromagnétique (1 μB) avec une forte absorption dans l’UV. La dernière partie de l'étude se concentre sur le co-dopage de MgO avec les mêmes métaux de transition (Cu, Ag, Au), en introduisant un élément des terres rare (Eu) à une concentration fixe (12.5 % pour Eu et 12.5 % pour TM). Ce co-dopage a conduit à un rétrécissement plus important de la bande interdite et à la préservation du caractère semi-métallique de tous les composés. De plus, les propriétés optiques sont améliorées par rapport à l'oxyde pur et dopé. Ce procédé ouvre la voie à un large éventail d'applications dans les domaines de l'optoélectronique, de la spintronique et du stockage de données magnétiques.