Elaggoune Warda

Dans cette thèse, nous visons à prédire l’évolution des différentes propriétés physiques du semiconducteur binaire SrS après son dopage au fer (Fe) et aux métaux de type sp. Dans ce contexte d’étude, nous considérons des composés ternaires (SrS mono-dopé au fer) et des composés quaternaires (SrS codopé au fer et aux métaux alcalins de type sp) dont certains composés sont étudiés en volume (3D) et d’autres sous forme de monocouche (2D). Le calcul des propriétés est basé sur la méthode d'ondes planes augmentées linéarisées à potentiel plein (FP-LAPW) ainsi que sur les approximations PBE et PBE+mBJ implémentées dans le programme de simulation WIEN2K. Le travail consiste à évaluer l'impact des éléments ajoutés à la matrice semi-conductrice SrS sur les propriétés des composés finaux réalisés par dopage et par co-dopage. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux propriétés structurales, mécaniques, électroniques et magnétiques des composés mono-dopés de type Sr1-xFexS dans la structure rock-salt en considérant les concentrations de Fe suivantes : 0 %, 12,5 %, 25 %, 50 % et 75 %. L’étude est faite à 3D et l'objectif principal est d'investiguer de nouveaux ferromagnétiques semi-métalliques (HMF) potentiels pour des applications dans le domaine de la spintronique. Les résultats obtenus ont montré que les composés contenant 12,5%, 25% et 50% de fer sont demi-métalliques ferromagnétiques avec une valeur du moment magnétique total égale à 4µB et sont thermodynamiquement et mécaniquement stables ; néanmoins, le composé riche en fer (75% Fe) savère métallique. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés au co-dopage de la matrice SrS pour réaliser des composés quaternaires. Ces derniers sont réalisés par le dopage du composé ternaire (12,5% Fe) par les métaux alcalins (Li, Na et K). Le but est de voir l’effet du métal sp sur les propriétés des ternaires. L’étude de ces nouveaux composés, toujours à 3D, repose sur la méthode de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et sur la théorie semi-classique de Boltzmann et concerne les propriétés structurales, électroniques, magnétiques, optiques et thermoélectriques. Les résultats obtenus montrent que l'incorporation des métaux alcalins dans le composé SrS : 12,5% Fe les rend demi-conducteur (HSC) avec des valeurs du gap énergétique plus étroites que celles du composé ternaires HMF (SrS : Fe). Le co-dopage améliore la stabilité globale des composés quaternaires et renforce les liaisons ioniques. Les différences d'énergies totales calculées (ΔE) ont confirmé la stabilité des composés co-dopés dans l'état ferromagnétique (FM) et les valeurs de la température de Curie (Tc) obtenues sont supérieures à la température ambiante. En outre, la valeur du moment magnétique des composés quaternaires est supérieure à celle des composés ternaires, elle vaut 5µB. L'examen des propriétés optiques a révélé un décalage des spectres vers la région du visible accompagné d’un élargissement de la bande d’absorption des composés. L’étude des propriétés thermoélectriques des composés de type p a montré que les valeurs V de leurs figures de mérite (ZT) sont supérieures à l'unité à la température 1200K, soulignant l'efficacité exceptionnelle de leur transport et faisant d’eux des candidats très prometteurs pour l'optoélectronique et pour les applications thermoélectriques à haute température. L’étude à 2D a concerné les propriétés structurales, électroniques et magnétiques des composés ternaires. Les calculs effectués reposent sur une méthode de pseudo-potentiel à ondes planes (PAW) en utilisant les fonctionnelles PBE et PBE+HSE06, intégrées dans le logiciel de simulation VASP. L'effet de la réduction de la dimensionnalité a été principalement observé au niveau des structures électroniques, où le caractère des composés ternaires devient HSC au lieu de HMF observé dans leurs homologues à 3D. Ce résultat impacte positivement les propriétés optiques et de transport des composés ternaires. Dans ces conditions, le moment magnétique total résultant de l'hybridation p-d, vaut 4µB par cellule unitaire.