Hocine Zenasni - Docteur
Equipe : Métaux et Alliages
Encadrant : Pr. H. I. Faraoun
e-mail : [email protected]
Equipe : Métaux et Alliages
Encadrant : Pr. H. I. Faraoun
e-mail : [email protected]
Docteur en physique
Intitulé: Etude Théorique des Propriétés magnétique, électronique et structurales des alliages
Description du sujet de Thèse:
Pendant les trois dernières décennies, l’électronique a connu un développement drastique, mais peu d’attention a été dédiée à l’incorporation de matériaux magnétiques dans les dispositifs électroniques intégrés. Toutefois, un nouveau champ en électronique, la spintronique, a largement attiré l’attention récemment. Le fondement étant la vérité de base qu’un électron a un spin en plus de sa charge. Dans le contexte de l’électronique de spin, les spins des électrons et pas uniquement leur charge électrique, sont contrôlés dans l’opération de transfert d’information dans les circuits. Les matériaux magnétiques et les semiconducteurs se sont développés séparément pendant longtemps avec les matériaux magnétiques principalement utilisés pour le stockage de données comme dans les disques durs et les dispositifs à base de semiconducteurs pour le traitement de ces données comme dans les processeurs. C’est un défit de taille que d’intégrer les deux classes de matériaux pour le développement de dispositifs spintroniques. Les dispositifs de spintronique combinent les avantages des matériaux magnétiques et des semiconducteurs pour être multilatéraux, rapides, et non volatiles.
Ce fût la découverte de la magnétorésistance géante (GMR) au début des années 80 qui a initié les recherches en spintronique et qui a donné lieu à la première génération des dispositifs spintroniques dans la forme de valves de spin basées sur des structures de multicouches magnétiques ; ces valves sont utilisées dans les têtes de lecture de la majorité des supports rigides de stockage d’information (disques durs). La seconde génération des dispositifs spintroniques intégrant des matériaux magnétiques et des semiconducteurs permettra encore plus de flexibilité (spin-transistors, spin-logique..).
Cette seconde génération ne sera pas une simple amélioration des capacités des dispositifs actuellement disponibles, mais apportera de nouvelles fonctionnalités qui permettrons aux ordinateurs du futures d’être plus rapides tout en consommant moins, et aura donc le potentiel de révolutionner l’industrie de la technologie de l’information de manière similaire à ce qu’a provoqué l’introduction du transistor il y a plusieurs décennies.
Il existe actuellement plusieurs voies exploités : (i) les semiconducteurs magnétiques dilués (DMS) (ex. le Ga1-xMnxAs et le ZnO avec différents éléments de dopage), (ii) les alliages Heusler (ex. NiMnSb et CoMnGa), (iii) les oxydes semi-métalliques magnétiques (ex. CrO2 et Fe3O4) et (iv) les points quantiques.
Les semi-métaux ferromagnétiques (HMFs) ont attiré l’attention pour leurs applications potentielles en spintronique. Ils ont un gap énergétique dans une direction de spin au niveau de Fermi et un caractère métallique pour l’autre direction de spin. Ceci résulte de la polarisation de spin des électrons de conduction. Ils présentent de ce fait de bons candidats pour être utilisés comme des injecteurs de spin pour les MRAM (Magnetic Random Access Memories) et d’autres dispositifs spintroniques.
Dans notre travail, nous nous intéressons aux alliages Heusler. Différentes références théoriques et expérimentales proposent des résultats visiblement très distincts. Tous sont d’accord sur le fait que sa polarisation de près de 100% , ce qui fait que ces alliages font n candidat idéal pour les jonctions tunnel, alors que le moment magnétique important et la température de Curie élevée du sont plus intéressants .
Ainsi, dans ce travail, nous nous sommes proposé d’examiner l’effet de l’addition des éléments dans l’alliage Heusler en utilisant le calcul abinitio. Nous avons en premier lieu fait usage de la méthode des ondes planes linéairement augmentées à potentiel totale (FP-LAPW) de la théorie de la fonctionnelle de la densité pour étudier la structure électronique des alliages Heusler. Toutefois, la simulation de leur composé s’est avérée plus abordable en utilisant une technique moins coûteuse en temps de calcul, à savoir la technique du pseudopotentiel abinitio. Nous avons fait appelle à la techniques des relaxations structurales et estimé l’effet sur les propriétés calculées.
Magister en physique
Option: Physique de la Matière Condensée et des Semiconducteurs. Université Abou Bekr Belkaïd de Tlemcen.
Intitulée: Génome des matériaux I Datamining sur la méthode du pseudipotentiel empirique.
Soutenue en mai 2008
Intitulée: Génome des matériaux I Datamining sur la méthode du pseudipotentiel empirique.
Soutenue en mai 2008
Résumé des principaux résultats
Ce travail s’inscrit dans le cadre du « Projet du Génome des matériaux », qui consiste l’utilisation des techniques pour exploitation des données connus sous le nom du « Data Mining ».
L’idée de base était de rendre la méthode des pseudopotentiels qui est une méthode empirique et qui dépond totalement des résultats expérimentaux en une méthode prédictive.
Alors que nous avons démontré dans ce travail que l'intégration de l'informatique dans l’étude des sciences des matériaux peut être très utile pour la conception des nouveaux semiconducteurs.
Nous avons essayés de générer une base de données comprenant les facteurs de forme du pseudopotentiel ainsi que quelques propriétés structurales à laquelle nous appliquons une technique d’extraction de données pour découvrir des nouvelles corrélations.
L'analyse en composantes principales (PCA) et des moindres carrés partiels (PLS) qui sont des techniques informatiques d’analyse des données, ont été appliqués aux facteurs de forme pseudopotentiels pour différents semi-conducteurs tétraédriques afin de découvrir des nouvelles règles ou lois.
La technique d’analyse en composantes principales nous a permis de visualiser notre base de données sur des graphiques et d’étudier les relations qui existent entre les variables qui forment cette base de données, elle permet aussi d’identifier la structure de dépendance entres les observations, afin d’obtenir une description ou une représentation, sous une projection des données sur différents axes, appelés axes principaux ( PC1, et PC2).
La méthode des moindres carrées partiels PLS (Partial Least Squares), qui est une méthode prédictive de régression linéaire à plusieurs variables. Nous a permis d’obtenir une loi linéaire reliant des variables réponses aux variables explicatives, dans notre cas il s’agit de trouver une loi de dépendance linéaire entre les facteurs de forme et les propriétés structurales comme les constante élastiques (Cij), le module de compressibilité,…
Ce travail en perspective devrait aider à l’intégration de l’informatique de matériaux dans la conception de nouveaux matériaux et augmenter aussi nos chances de découvrir des nouvelles propriétés qui ne sont pas encore obtenues.
L’idée de base était de rendre la méthode des pseudopotentiels qui est une méthode empirique et qui dépond totalement des résultats expérimentaux en une méthode prédictive.
Alors que nous avons démontré dans ce travail que l'intégration de l'informatique dans l’étude des sciences des matériaux peut être très utile pour la conception des nouveaux semiconducteurs.
Nous avons essayés de générer une base de données comprenant les facteurs de forme du pseudopotentiel ainsi que quelques propriétés structurales à laquelle nous appliquons une technique d’extraction de données pour découvrir des nouvelles corrélations.
L'analyse en composantes principales (PCA) et des moindres carrés partiels (PLS) qui sont des techniques informatiques d’analyse des données, ont été appliqués aux facteurs de forme pseudopotentiels pour différents semi-conducteurs tétraédriques afin de découvrir des nouvelles règles ou lois.
La technique d’analyse en composantes principales nous a permis de visualiser notre base de données sur des graphiques et d’étudier les relations qui existent entre les variables qui forment cette base de données, elle permet aussi d’identifier la structure de dépendance entres les observations, afin d’obtenir une description ou une représentation, sous une projection des données sur différents axes, appelés axes principaux ( PC1, et PC2).
La méthode des moindres carrées partiels PLS (Partial Least Squares), qui est une méthode prédictive de régression linéaire à plusieurs variables. Nous a permis d’obtenir une loi linéaire reliant des variables réponses aux variables explicatives, dans notre cas il s’agit de trouver une loi de dépendance linéaire entre les facteurs de forme et les propriétés structurales comme les constante élastiques (Cij), le module de compressibilité,…
Ce travail en perspective devrait aider à l’intégration de l’informatique de matériaux dans la conception de nouveaux matériaux et augmenter aussi nos chances de découvrir des nouvelles propriétés qui ne sont pas encore obtenues.
Publications
- First-principle prediction of half-metallic ferrimagnetism in Mn-based full-Heusler alloys with highly ordered structure. H. Zenasni, H.I. Faraoun, C. Esling. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Available online 17 January 2013
- Electronic structure prediction via data-mining the empirical pseudopotential method. H. Zenasni, H. Aourag, S. R. Broderick and K. Rajan. Phys. stat. sol. B. (2010) vol. 247, no1, pp. 115-121.
Communication internationales
- First principles prediction of half metallic ferrimagnetism in the Heusler alloys Mn2TiZ (Z=Al, As, Bi, Ga, Ge, Sb, Si, Sn). H. Zenasni, H. I. Faraoun and H. Aourag. North African Conference on Computational Physics and Chemistry. NACCPC'10. Sidi Bel-Abbes, Algeria, December 12-14, 2010.
- Data mining sur la méthode du pseudopotentiel empirique.2ème Symposium International de Chimie Théorique Alger, 30 mai-1er juin 2008, (Algérie).
- Materials Genome Project: Data-Mining the Empirical Pseudopotential Method. Conférence internationale sur la découverte de connaissances dans la base de données (ICKDD) 11-13 Octobre, 2008.