Soumia Lardjane - Doctorante
Equipe : Matériaux Semiconducteurs
Encadrant : Pr. G. Merad
e-mail : [email protected]
Equipe : Matériaux Semiconducteurs
Encadrant : Pr. G. Merad
e-mail : [email protected]
Magister en physique
Option: Physique de la Matière Condensée et des Semiconducteurs. Université Abou Bekr Belkaïd de Tlemcen.
Intitulée: Etude des propriétés électroniques et magnétiques des oxydes de semiconducteurs sous forme de couches minces : Zn1-xCoxO. Soutenue en mai 2008.
Intitulée: Etude des propriétés électroniques et magnétiques des oxydes de semiconducteurs sous forme de couches minces : Zn1-xCoxO. Soutenue en mai 2008.
Résumé des principaux résultats
La spintronique est un nouveau domaine de recherche qui a vu récemment des applications très importantes dans la microélectronique. Dans ce cadre, de nouveaux matériaux sont étudiés dont les semi-conducteurs magnétiques dilués (DMS). Ces derniers associent les propriétés des semiconducteurs avec le spin de l’électron pour donner de nouvelles fonctionnalités. Malheureusement, ces matériaux possèdent une température de Curie (Tc) largement en dessous de la température ambiante. Or, d’après des prédictions théoriques récentes, l’utilisation de semi-conducteurs à large bande interdite comme le ZnO dopé cobalt, seraient des candidats potentiels pour atteindre une Tc largement au-dessus de la température ambiante.
Dans ce travail, en utilisant une méthode ab-initio dite méthode des ondes planes linéairement augmentées (FP-LAPW) dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité, nous avons étudié les propriétés structurales et électroniques de l’oxyde de zinc pur (ZnO) ainsi que les propriétés magnétiques du ZnO dopé Cobalt.
Nous avons tout d’abord calculé les propriétés structurales du ZnO dans la phase wurtzite (la phase la plus stable). On a pu ainsi déterminer les paramètres du réseau, le paramètre interne u, et le module de compressibilité B en utilisant les deux approximations la LDA et la GGA.
Les résultats obtenus sont en bon accord avec ceux déterminés par l’expérience et ceux obtenus sur la base d’autres méthodes théoriques.
L'étude des structures de bandes électroniques, des densités d’états et des densités de charge, nous a permis de faire les conclusions suivantes :
• Le ZnO présente un gap direct au point Γ mais les valeurs trouvées sont sous estimés par apport aux données expérimentales. Ceci qui est expliqué par une déficience connue de la DFT.
• le type de liaison dans ce composé est un mélange d’un caractère ionique fort et un caractère covalent entre les atomes de Zn et les atomes de O et d’un caractère métallique entre les atomes de Zn.
La deuxième étape de notre travail a été consacrée à l’étude des propriétés électroniques et magnétiques du semiconducteur magnétique dilué ZnO dopé Cobalt. Pour cela nous avons construit une supercellule de ZnO contenant 16 atomes où seulement un atome de zinc est substitué par un atome de Cobalt (concentration de 12.5 %). Les densités d’états totales et partielles calculées montrent que ce système est un semi-métal. Le mécanisme relatif aux interactions magnétiques est le mécanisme de double échange de Zener.
Pour la supercellule du ZnO correspondant à la concentration 25 % (deux atomes de cobalt sont inclus), nous avons calculé les différences d’énergie totales entre l’état FM et AFM (EAFM-EFM) pour les deux configurations proche et séparée, ainsi que les températures de curie correspondantes. Nous avons déduit que l’état ferromagnétique (FM) est plus stable pour les deux configurations, mais que la température de curie est très inférieure à la température ambiante. La température de curie élevée observée pourrait être attribuée aux facteurs extrinsèques tels que la formation des clusters du Co ou des composés CoO.
Les moments magnétiques totaux obtenus pour les deux concentrations étudiées 12.5 % et 25 % sont proches de 3 μB et 6 μB respectivement. Ces valeurs sont réparties au niveau des différents atomes et la région interstitielle, et on a remarqué que le moment magnétique est localisé principalement au niveau des atomes de Cobalt.
Les résultats obtenus nous encouragent à poursuivre ce travail, où nous étudierons l’influence, du dopage de type p et de type n ainsi que les différents défauts cristallins, sur les propriétés magnétiques du ZnO massif dopé Cobalt. Comme on peut citer, également comme perspective, l’étude des propriétés magnétiques du ZnCoO sous forme de couches minces avec l’analyse de l’effet de dopage et des défauts structuraux sur ses propriétés.
Dans ce travail, en utilisant une méthode ab-initio dite méthode des ondes planes linéairement augmentées (FP-LAPW) dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité, nous avons étudié les propriétés structurales et électroniques de l’oxyde de zinc pur (ZnO) ainsi que les propriétés magnétiques du ZnO dopé Cobalt.
Nous avons tout d’abord calculé les propriétés structurales du ZnO dans la phase wurtzite (la phase la plus stable). On a pu ainsi déterminer les paramètres du réseau, le paramètre interne u, et le module de compressibilité B en utilisant les deux approximations la LDA et la GGA.
Les résultats obtenus sont en bon accord avec ceux déterminés par l’expérience et ceux obtenus sur la base d’autres méthodes théoriques.
L'étude des structures de bandes électroniques, des densités d’états et des densités de charge, nous a permis de faire les conclusions suivantes :
• Le ZnO présente un gap direct au point Γ mais les valeurs trouvées sont sous estimés par apport aux données expérimentales. Ceci qui est expliqué par une déficience connue de la DFT.
• le type de liaison dans ce composé est un mélange d’un caractère ionique fort et un caractère covalent entre les atomes de Zn et les atomes de O et d’un caractère métallique entre les atomes de Zn.
La deuxième étape de notre travail a été consacrée à l’étude des propriétés électroniques et magnétiques du semiconducteur magnétique dilué ZnO dopé Cobalt. Pour cela nous avons construit une supercellule de ZnO contenant 16 atomes où seulement un atome de zinc est substitué par un atome de Cobalt (concentration de 12.5 %). Les densités d’états totales et partielles calculées montrent que ce système est un semi-métal. Le mécanisme relatif aux interactions magnétiques est le mécanisme de double échange de Zener.
Pour la supercellule du ZnO correspondant à la concentration 25 % (deux atomes de cobalt sont inclus), nous avons calculé les différences d’énergie totales entre l’état FM et AFM (EAFM-EFM) pour les deux configurations proche et séparée, ainsi que les températures de curie correspondantes. Nous avons déduit que l’état ferromagnétique (FM) est plus stable pour les deux configurations, mais que la température de curie est très inférieure à la température ambiante. La température de curie élevée observée pourrait être attribuée aux facteurs extrinsèques tels que la formation des clusters du Co ou des composés CoO.
Les moments magnétiques totaux obtenus pour les deux concentrations étudiées 12.5 % et 25 % sont proches de 3 μB et 6 μB respectivement. Ces valeurs sont réparties au niveau des différents atomes et la région interstitielle, et on a remarqué que le moment magnétique est localisé principalement au niveau des atomes de Cobalt.
Les résultats obtenus nous encouragent à poursuivre ce travail, où nous étudierons l’influence, du dopage de type p et de type n ainsi que les différents défauts cristallins, sur les propriétés magnétiques du ZnO massif dopé Cobalt. Comme on peut citer, également comme perspective, l’étude des propriétés magnétiques du ZnCoO sous forme de couches minces avec l’analyse de l’effet de dopage et des défauts structuraux sur ses propriétés.
Date d’inscription en doctorat : Décembre 2008
Intitulé: Etude des propriétés structurales, électroniques et magnétiques des semiconducteurs magnétiques dilués à bases des composés II-VI.
Description du sujet de Thèse:
Le but de la thèse est d'étudier l’origine du ferromagnétisme et les mécanismes relatifs aux interactions magnétiques du semi-conducteur magnétique dilué ZnO dopé au Cobalt.
Pour cela, nous allons utiliser des méthodes ab initio basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (FPLAPW, pseudopotentiel) pour calculer les propriétés magnétiques et électroniques, définir les mécanismes responsables des interactions magnétiques, et prédire les températures de Curie en fonction de la composition et le dopage électrique (type p et type n).
Intitulé: Etude des propriétés structurales, électroniques et magnétiques des semiconducteurs magnétiques dilués à bases des composés II-VI.
Description du sujet de Thèse:
Le but de la thèse est d'étudier l’origine du ferromagnétisme et les mécanismes relatifs aux interactions magnétiques du semi-conducteur magnétique dilué ZnO dopé au Cobalt.
Pour cela, nous allons utiliser des méthodes ab initio basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (FPLAPW, pseudopotentiel) pour calculer les propriétés magnétiques et électroniques, définir les mécanismes responsables des interactions magnétiques, et prédire les températures de Curie en fonction de la composition et le dopage électrique (type p et type n).
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Communications internationales
- Electronic Structure and Magnetic Properties of Ti-doped ZnO. S. Lardjane, G. Merad and H. I. Faraoun. MRS Spring Meeting, April 13-17, 2009. San Francisco, USA.
- Electronic structure and magnetic properties of cobalt doped zinc oxide. S. Lardjane, G. Merad and H.I. Faraoun. Sixth International Conference on Inorganic Materials. Dresde – Allemagne.
- Abinitio study of Co doped ZnO diluted magnetic semiconductor and its magnetic properties. S. Lardjane, H.I. Faraoun and G. Merad. International Conference on Knowledge Discovery and Databases, ICKDD. 11-13 Octobre 2008. Oran-Algeria.