Effets des dopants sur les propriétés d’un oxyde à large gap

Abstract

Cette étude explore, à partir de calculs ab initio basés sur la méthode FP-LAPW et la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), l'impact du dopage au magnésium (Mg) et du co-dopage (Mg-Ti et Mg-Ce) sur les propriétés structurales, électroniques, magnétiques, optiques et thermoélectriques des oxydes binaires CeO2 et TiO2. L'objectif est de comprendre et de moduler les propriétés de ces matériaux semi-conducteurs à large bande interdite pour des applications avancées. Les calculs révèlent que le dopage et le co-dopage induisent des variations significatives des paramètres de réseau, ce qui impacte directement les propriétés intrinsèques des composés étudiés. Les paramètres structuraux optimisés confirment la stabilité des phases ferromagnétiques et la formation des composés est thermodynamiquement favorable, comme l'attestent les énergies de formation calculées. De plus, un caractère demi-métallique avec une bande interdite indirecte (spin-up) pour le CeO2 dopé et co-dopé, et des propriétés semi-conductrices pour le TiO2 sont obtenus. Le moment magnétique total reste constant à 2μB, indépendamment du type de dopage (simple ou co-dopage). Le dopage améliore significativement les propriétés optiques, notamment le coefficient d'absorption, avec une augmentation des pics d'absorption dans les domaines visible et UV. De plus, les propriétés thermoélectriques indiquent un potentiel élevé avec un coefficient ZT significatif, suggérant des applications prometteuses en spintronique et optoélectronique.