Frioui Hadjer

Cette thèse présente une étude ab initio approfondie des propriétés structurales, mécaniques, dynamiques, électroniques, magnétiques, optiques et thermoélectriques des composés Heusler quaternaires équiatomiques (EQH) FeZrCrZ (Z = Si, Ge, Sn). Les calculs sont réalisés dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), en utilisant la méthode des ondes planes augmentées linéarisées à potentiel complet (FP-LAPW), avec le traitement des effets d’échange-corrélation par l’approximation du gradient généralisé (GGA-PBE).

La stabilité structurale est évaluée par la minimisation de l’énergie totale, montrant que la configuration atomique de type Y-I à ordre ferromagnétique constitue la phase énergétiquement la plus stable pour l’ensemble des composés étudiés. Les énergies de formation calculées confirment leur faisabilité thermodynamique, suggérant la possibilité de leur synthèse expérimentale. La stabilité mécanique est validée par le calcul des constantes élastiques, tandis que la stabilité dynamique est confirmée par l’analyse des courbes de dispersion des phonons, ne présentant aucune fréquence imaginaire.

L’analyse de la structure électronique met en évidence un caractère demi-métallique avec une polarisation de spin complète au niveau de Fermi. Les moments magnétiques obtenus sont de 2 μ_B pour Z = Si et Ge, et de 4 μ_B pour Z = Sn, en accord avec la règle de Slater–Pauling, soulignant ainsi le fort potentiel de ces matériaux pour les applications spintroniques. Les propriétés optiques, incluant la fonction diélectrique complexe, l’indice de réfraction, la réflectivité, le coefficient d’absorption et la conductivité optique, révèlent des réponses significatives dans les régions infrarouge et ultraviolette, attestant de leur aptitude pour les dispositifs optoélectroniques.

Par ailleurs, les propriétés thermoélectriques sont étudiées à l’aide de la théorie semi-classique du transport de Boltzmann en fonction de la température et du potentiel chimique. Les résultats indiquent des coefficients de Seebeck élevés, des facteurs de puissance favorables et une faible conductivité thermique, conduisant à des performances thermoélectriques prometteuses et à des facteurs de mérite appréciables.

Dans l’ensemble, ce travail apporte des éclairages théoriques précieux sur le comportement multifonctionnel des alliages Heusler quaternaires FeZrCrZ (Z = Si, Ge, Sn), et constitue une base solide pour de futures investigations expérimentales ainsi que pour des applications potentielles en spintronique, optoélectronique et conversion thermoélectrique de l’énergie.