Abdessamad Sekkal - Doctorant
Equipe : Génome des matériaux
Encadrant : Dr. A. Benzair
e-mail : [email protected]
Equipe : Génome des matériaux
Encadrant : Dr. A. Benzair
e-mail : [email protected]
Magister en physique
Option: Physique de la Matière Condensée et des Semiconducteurs. Université Abou Bekr Belkaïd de Tlemcen.
Intitulée: Etude Ab initio des propriétés des matériaux intermétalliques de composé B2 de type LaMg, YCu, YMg et YRh.
Soutenue en mars 2008
Résumé des principaux résultats
Durant cette étude, nous avons abordé les propriétés structurales, électroniques, élastiques comme propriétés mécaniques des composés intermétalliques, et spécialement les matériaux YCu, YRh, YMg, LaMg, qui se cristallisent dans la structure cubique de type B2-CsCl via une approche ab initio dite méthode des ondes planes augmentés à potentiel total (FP-LAPW) dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité, qui sont appliquées dans plusieurs étude de système intermétalliques. Les calculs présentés dans ce travail, nous fournissent une description détaillée des propriétés structurales, électroniques tels que la structure de bande, la densité d’état, et la densité de charge, et élastiques comme les constantes élastiques.
Dans un premiers temps, nous avons d’abord calculé les propriétés structurales comme par exemples : l’énergie de cohésion, le volume d’équilibre, le paramètre de maille, le module de compressibilité et sa dérivée, ceci à été fait pour les quatre structures cubiques suivantes: B1- NaCl,B2-CsCl,B3-Zinc blende et L10.
Les résultats obtenus indiquent clairement que : l’approximation GGA a permis d’obtenir des résultats en meilleurs accords avec l’expérience pour les matériaux YCu, LaMg, et YMg,tandis que pour YRh le meilleur accord fut trouvé avec l’approximation LDA.
Pour le paramètre de réseau, les valeurs obtenues sont en bon accord avec les données expérimentales disponibles et les études précédentes dans la littérature.
Les valeurs du module de compressibilité trouvées par la GGA sont plus précises que celle obtenues par la LDA sauf dans le cas du YCu. Ainsi, les valeurs du module de compressibilité de YRh, LaMg et YMg sont en désaccord avec ceux obtenus par la méthode TB-LMTO. Cette différence peut être justifié plus tard par l’expérience. La stabilité de la phase B2 est bien vérifier par rapport aux autres phases considérés des composés YCu, YRh, YMg. La phase B2 est la phase la plus stable du fait qu’elle possède l’énergie totale la plus basse. Néanmoins, pour le LaMg nos résultats montrent que la phase L10 est la phase la plus stable. Cette effet peut être attribuer à l’approximation LDA qui a sous-estimée l’énergie totale ou bien dans le fait que nos calcul soit faite à la température nulle, et que le domaine d’existence de la phase B2 se trouve à la température ambiant ou en dessus. Ensuite, nous avons pu déterminer la pression de transition de phase sous l’effet de pression pour les différentes phases des matériaux étudiés. Les résultats donnés sont considérés purement prédictifs. Nous avons constaté également que le module de compressibilité diminue lorsque le paramètre de maille augmente, ceci est traduit par la cohésion du cristal.
L’étape suivante, nous avons calculé les constantes élastiques qui nous permettent de vérifier la stabilité mécanique des matériaux YCu, YRh, YMg, LaMg dans la structure B2 en utilisant les critères cités au chapitre IV. A partir de ces constantes, nous avons étudié d’autres propriétés intéressantes tels que la rigidité, la ductilité, et la relation entre eux. La proportionnalité entre les modules de compressibilités, de cisaillements et la ductilité dans ces composés est male établie. Cet effet peut être attribué par le caractère métallique (liaison métallique) dominant dans les composés intermétalliques considérés. Cependant, nos résultats montrent bien que ces matériaux sont ductiles.
La troisième et la dernière étape de notre travail est consacrée à l’étude les propriétés électronique de ces matériaux en déterminant les structures de bandes, les densités d’état et les densités de charge dans la structure B2. Notre approche de calcul reproduit d’une façon correcte les propriétés électroniques des composés YCu, YRh, YMg, et LaMg en comparant avec les études théoriques précédentes [8]. La structure de bande et la densité d’état du YRh, qui présentent un pseudo gap entre les états de valence et de conduction, indique que cet intermétallique est un semi-métal, de plus leur structure de bande présente des bandes étroites.
La densité d’état du YCu présente un minimum au niveau de Fermi, ce qui confirme la stabilité de la phase B2, le caractère métallique est bien illustré par la liaison métallique entre les atomes de différentes espèce, observé dans le tracé de la densité de charge du YCu, YMg, YRh et LaMg. Nous avons également démontré que ces matériaux sont affectés par la distorsion du paramètre de réseau, c’est-à-dire qu’ils sont sensibles à l’arrangement des positions atomiques, ceci en examinant la densité d’état de la phase B2 avec les phases B1 et L10.
En conclusion, ce travail a clairement démontré la puissance de la méthode de calcul pour établir l’étude des propriétés de ce type des matériaux. Elle est également un outil efficace pour la prédiction des propriétés des matériaux. En connaissant les tendances et les corrélations entre les propriétés microscopiques et macroscopiques, le chercheur peut être guidé dans ces choix pour trouver les matériaux approprié correspondants aux propriétés requises.
Les perspectives de ce travail sont :
- Il reste à déterminer la raison qui rend ces matériaux ductiles en se basant sur l’étude théorique de James Morris. [10] qui a prouvé que les matériaux ductiles possèdent des énergies de défaut d’empilement très inférieurs à l’énergie de cohésion du cristal. Par conséquence, ils se déforment au lieu de la rupture aux frontières des grains.
- Etudier d’autres composés intermétalliques binaires qui constituent principalement par des métaux de terre rare et un métal du groupe II ou III dans le tableau Mendeleïev.
l’idée est de mettre dans une base de données regroupant toutes les informations sur ces matériaux et qui pourrait ouvrir la voie à d’autres applications technologiques.
Dans un premiers temps, nous avons d’abord calculé les propriétés structurales comme par exemples : l’énergie de cohésion, le volume d’équilibre, le paramètre de maille, le module de compressibilité et sa dérivée, ceci à été fait pour les quatre structures cubiques suivantes: B1- NaCl,B2-CsCl,B3-Zinc blende et L10.
Les résultats obtenus indiquent clairement que : l’approximation GGA a permis d’obtenir des résultats en meilleurs accords avec l’expérience pour les matériaux YCu, LaMg, et YMg,tandis que pour YRh le meilleur accord fut trouvé avec l’approximation LDA.
Pour le paramètre de réseau, les valeurs obtenues sont en bon accord avec les données expérimentales disponibles et les études précédentes dans la littérature.
Les valeurs du module de compressibilité trouvées par la GGA sont plus précises que celle obtenues par la LDA sauf dans le cas du YCu. Ainsi, les valeurs du module de compressibilité de YRh, LaMg et YMg sont en désaccord avec ceux obtenus par la méthode TB-LMTO. Cette différence peut être justifié plus tard par l’expérience. La stabilité de la phase B2 est bien vérifier par rapport aux autres phases considérés des composés YCu, YRh, YMg. La phase B2 est la phase la plus stable du fait qu’elle possède l’énergie totale la plus basse. Néanmoins, pour le LaMg nos résultats montrent que la phase L10 est la phase la plus stable. Cette effet peut être attribuer à l’approximation LDA qui a sous-estimée l’énergie totale ou bien dans le fait que nos calcul soit faite à la température nulle, et que le domaine d’existence de la phase B2 se trouve à la température ambiant ou en dessus. Ensuite, nous avons pu déterminer la pression de transition de phase sous l’effet de pression pour les différentes phases des matériaux étudiés. Les résultats donnés sont considérés purement prédictifs. Nous avons constaté également que le module de compressibilité diminue lorsque le paramètre de maille augmente, ceci est traduit par la cohésion du cristal.
L’étape suivante, nous avons calculé les constantes élastiques qui nous permettent de vérifier la stabilité mécanique des matériaux YCu, YRh, YMg, LaMg dans la structure B2 en utilisant les critères cités au chapitre IV. A partir de ces constantes, nous avons étudié d’autres propriétés intéressantes tels que la rigidité, la ductilité, et la relation entre eux. La proportionnalité entre les modules de compressibilités, de cisaillements et la ductilité dans ces composés est male établie. Cet effet peut être attribué par le caractère métallique (liaison métallique) dominant dans les composés intermétalliques considérés. Cependant, nos résultats montrent bien que ces matériaux sont ductiles.
La troisième et la dernière étape de notre travail est consacrée à l’étude les propriétés électronique de ces matériaux en déterminant les structures de bandes, les densités d’état et les densités de charge dans la structure B2. Notre approche de calcul reproduit d’une façon correcte les propriétés électroniques des composés YCu, YRh, YMg, et LaMg en comparant avec les études théoriques précédentes [8]. La structure de bande et la densité d’état du YRh, qui présentent un pseudo gap entre les états de valence et de conduction, indique que cet intermétallique est un semi-métal, de plus leur structure de bande présente des bandes étroites.
La densité d’état du YCu présente un minimum au niveau de Fermi, ce qui confirme la stabilité de la phase B2, le caractère métallique est bien illustré par la liaison métallique entre les atomes de différentes espèce, observé dans le tracé de la densité de charge du YCu, YMg, YRh et LaMg. Nous avons également démontré que ces matériaux sont affectés par la distorsion du paramètre de réseau, c’est-à-dire qu’ils sont sensibles à l’arrangement des positions atomiques, ceci en examinant la densité d’état de la phase B2 avec les phases B1 et L10.
En conclusion, ce travail a clairement démontré la puissance de la méthode de calcul pour établir l’étude des propriétés de ce type des matériaux. Elle est également un outil efficace pour la prédiction des propriétés des matériaux. En connaissant les tendances et les corrélations entre les propriétés microscopiques et macroscopiques, le chercheur peut être guidé dans ces choix pour trouver les matériaux approprié correspondants aux propriétés requises.
Les perspectives de ce travail sont :
- Il reste à déterminer la raison qui rend ces matériaux ductiles en se basant sur l’étude théorique de James Morris. [10] qui a prouvé que les matériaux ductiles possèdent des énergies de défaut d’empilement très inférieurs à l’énergie de cohésion du cristal. Par conséquence, ils se déforment au lieu de la rupture aux frontières des grains.
- Etudier d’autres composés intermétalliques binaires qui constituent principalement par des métaux de terre rare et un métal du groupe II ou III dans le tableau Mendeleïev.
l’idée est de mettre dans une base de données regroupant toutes les informations sur ces matériaux et qui pourrait ouvrir la voie à d’autres applications technologiques.
Date d’inscription en doctorat : Novembre 2008
Intitulé: Etude Ab initio des propriétés physiques et les effets de defaults dans les matériaux intermétalliques à base de terre
Description du sujet de Thèse:
La structure électronique des composés intermétalliques à base de terre rare qui se cristallisent dans la structure CsCl de type B2 a attiré l’attention du monde scientifique en raison de leurs propriétés anisotropiques. L’avantage d’étudier ces matériaux est de répondre à certaine demande industriel dans les matériaux qui résistent à de haute température, de même que pour des problèmes de résistance à la corrosion, ils sont ductiles à la température ambiante contrairement aux autres composés intermétalliques qui sont fragile, cette propriétés à le potentiel de les rendre tés utile dans les applications structurales.
Dans ce présent travail nous allons employé des méthodes de calcul Ab initio en basant sur la méthode des ondes planes augmentées linéarisées (FP-LAPW) pour déterminer les propriétés structurales, mécaniques et thermiques des composés intermétalliques. La méthode utilisée peut aussi être appliqué à l’étude des effets des defaults dans ces composés intermétalliques sur l’effet d’addition d’éléments métalliques (métaux de transition) sur ses propriétés structurales, élastiques et thermiques. Nous avons alors étudié les propriétés structurales et élastiques de ce composé afin de vérifier; la comparaison avec les résultats expérimentaux montre que nos résultats sont satisfaisants. Nous étudions également l’effet des défauts structuraux sur la ductilité de ces composés intermétalliques. De plus, nous allons étudié l’effet des additions des atomes de Zinc et de Rhodium dans les matériaux YCu et YMg Après plusieurs considérations, Ensuite, nous allons analyser l’effet de ces éléments sur la ductilité de ces composés pour les différents sites d’occupation. Cette étude nous permis à analysé si la ductilité du composé est hautement influencée par la présence de ces atomes d’impureté ; mais surtout que cette influence dépend des sites cristallographiques qu’ils occupent dans la structure.
Intitulé: Etude Ab initio des propriétés physiques et les effets de defaults dans les matériaux intermétalliques à base de terre
Description du sujet de Thèse:
La structure électronique des composés intermétalliques à base de terre rare qui se cristallisent dans la structure CsCl de type B2 a attiré l’attention du monde scientifique en raison de leurs propriétés anisotropiques. L’avantage d’étudier ces matériaux est de répondre à certaine demande industriel dans les matériaux qui résistent à de haute température, de même que pour des problèmes de résistance à la corrosion, ils sont ductiles à la température ambiante contrairement aux autres composés intermétalliques qui sont fragile, cette propriétés à le potentiel de les rendre tés utile dans les applications structurales.
Dans ce présent travail nous allons employé des méthodes de calcul Ab initio en basant sur la méthode des ondes planes augmentées linéarisées (FP-LAPW) pour déterminer les propriétés structurales, mécaniques et thermiques des composés intermétalliques. La méthode utilisée peut aussi être appliqué à l’étude des effets des defaults dans ces composés intermétalliques sur l’effet d’addition d’éléments métalliques (métaux de transition) sur ses propriétés structurales, élastiques et thermiques. Nous avons alors étudié les propriétés structurales et élastiques de ce composé afin de vérifier; la comparaison avec les résultats expérimentaux montre que nos résultats sont satisfaisants. Nous étudions également l’effet des défauts structuraux sur la ductilité de ces composés intermétalliques. De plus, nous allons étudié l’effet des additions des atomes de Zinc et de Rhodium dans les matériaux YCu et YMg Après plusieurs considérations, Ensuite, nous allons analyser l’effet de ces éléments sur la ductilité de ces composés pour les différents sites d’occupation. Cette étude nous permis à analysé si la ductilité du composé est hautement influencée par la présence de ces atomes d’impureté ; mais surtout que cette influence dépend des sites cristallographiques qu’ils occupent dans la structure.
Publications
- Structural and thermoelastic properties of the B2–YX (X=Cu, Mg and Rh) intermetallic compounds. A. Sekkal, A. Benzair, H. Aourag, H.I. Faraoun, G. Merad. Physica B: Condensed Matter, In Press, Corrected Proof, Available online 7 April 2010
Communications internationales
- "Etude Ab initio des propriétés des matériaux intermétalliques de composé B2 de type YCu". A.Sekkal, A.Benzair, G.Merad, H.Aourag. The International Conference for Renewable Energies and Sustainable Development (ICRESD_07).May 2007 Tlemcen.
- “Ab initio study of structural, elastic and electronic properties of some B2 intermetallic compounds”. A.Sekkal, A.Benzair, H.Aourag, G.Merad. Conférence internationale sur la découverte du savoir dans les bases de donnés : Informatique des matériaux et DFT.Oran, Algerie11-13 Octobre2008.
- "Ab initio study of the structural, electronic and elastic properties of YCu,YMg B2 intermetallic compounds". A.Sekkal, A.Benzair, H. Aourag, G.Merad. North African Conference on Computational Physics and Chemistry ,23-25 November 2008 – Sidi Bel-Abbes , Algeria.
Communications nationales
- “The electronic structural and elastic properties of some B2 intermetallic compounds”. A. Sekkal, A. Benzair, G. Merad, H. Aourag. Colloque National sur les Techniques de Modélisation et de Simulation en Science des Matériaux, Sidi Bel-abbès, 23-24 Novembre 2009 (Algérie).
- "Structural and thermoelastic properties of B2-YCu and YRh intermetallic compounds". A. Sekkal, A. Benzair, H.I. Faraoun, H. Aourag ,G.Merad. Séminaire National sur les Matériaux et leurs Applications (SNAMAP’09). USTHB 7-9 décembre2009, Alger-Algérie.