Mémoires de Fin d’Etudes
Etablissement
Université de Tlemcen - Abou Bekr Belkaid
Affiliation
Département de Physique
Auteur
REGUIG, Soumia
Directeur de thèse
Rachid BAGHDAD (Professeur)
Filière
Physique des Matériaux
Diplôme
Doctorat
Titre
Etude des propriétés microstructurales et optoélectroniques et magnétiques des chalcopyrites (II-IV-V2 et I-III-VI2) par les méthodes ab-initio
Mots clés
chalcopyrites, calaculs ab-initio, DFT, propriétés magnétiques, propriétés optoéléctroniques
Résumé
Comprendre la physique d’un matériau nécessite la connaissance fondamentale de sa structure, de sa stabilité de phases et de ses diverses propriétés structurales, électronique, vibrationnelles et mécanique. Les méthodes de simulation ont joué un rôle important dans la détermination de ces quantités; elles ont, en effet, donné une nouvelle dimension à l’investigation scientifique de nombreux phénomènes physiques et chimiques. Dans certains cas les techniques de simulations ont pu remplacer l’expérience, parfois coûteuse, dangereuse où même inaccessible au laboratoire. Les approches théoriques sur lesquelles reposent ces techniques, varient de schémas très empiriques aux méthodes ab-initio. Par opposition aux méthodes dites empiriques et semi empiriques, les calculs ab-initio ne nécessitent aucun type d’ajustement pour décrire l’énergie d’interaction entre les particules. Cela ne veut pas dire pour autant qu’ils sont rigoureusement exacts car ils reposent sur un certain nombre d’approximations; lesquelles sont plus ou moins contrôlées selon les différents cas. Elles trouvent d’ailleurs un domaine d’application grandissant en sciences des matériaux. Etudier les propriétés structurales et optoélectroniques de composés chalcopyrite. Vu leurs applications essentielles dans l’industrie, c’est à dire comme oscillateur paramétrique optique ou dans les lasers comme composés non linéaires. Une nouvelle problématique nous a donc amené à élargir la réflexion engagée, c’est à dire étudier le mécanisme du phénomène non linéaire de ces matériaux en question. Notre choix s’est porté essentiellement sur les chalcopyrites : CuInS2…. Utilisés comme précurseurs nanocristallins dans le travail de Foos et al., ils sont considérés comme de bons matériaux sensibles dans les cellules solaires et photo voltaïques. L’objectif de ce travail est d’aboutir à une meilleure compréhension des propriétés optiques linéaires et non linéaires de ces composés chalcopyrites, ainsi que de leurs propriétés élastiques et thermiques. Ainsi, dans ce travail, différents niveaux d’approximation seront envisagés selon les phénomènes physiques que nous étudions. Les méthodes ab-initio nous permettent de décrire le comportement énergétique des matériaux à partir des premiers principes. Il suffit, en effet, de connaître la composition des matériaux pour pouvoir les simuler à partir de la résolution des équations de la mécanique quantique. Parmi les méthodes ab-initio, la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) est une méthode appropriée à la modélisation des solides, de par la simplification drastique qu’elle apporte à la résolution de l’équation de Schrödinger du système étudié. A notre connaissance, il existe peu de mesures expérimentales des constantes élastiques pour les cristaux de phase chalcopyrite ; car il est très difficile d’obtenir un échantillon mono cristallin de cette phase à cause de la transition de phase. Les calculs ab-initio nous ont permis d’accéder aux constantes élastiques. L’évaluation précise des constantes élastiques par le calcul nécessite de prendre en compte la contribution venant de la relaxation des degrés de liberté internes. L’optique non linéaire est aujourd’hui, 30 ans après sa découverte et 10 ans après le prix Nobel de son père spirituel, Nicolaas Bloembergen, un domaine toujours aussi vivant. Le champ de ses applications est aussi large que la diversité de ses phénomènes, et ses répercutions sont aussi grandes en recherche fondamentale que dans le monde industriel. Les effets non linéaires sont á la base même du fonctionnement des lasers. La génération d’harmoniques, l’amplification paramétrique, la diffusion Raman stimulée ont étendu le domaine des sources cohérentes de l’infrarouge á l’ultra-violet du vide. La spectroscopie non linéaire a permis des avancées considérables dans des domaines aussi variés que la métrologie ou le diagnostic des flammes. Les absorbants et gains saturables jouent un rôle essentiel dans la génération d’impulsions lasers ultra-courtes,qui permettent aujourd’hui d’effectuer des mesures résolues en temps á l’échelle de la femtoseconde, offrant ainsi de nouvelles perspectives dans des domaines comme la science des matériaux ou la cinétique chimique. La bi stabilité optique laisse entrevoir la possibilité de réaliser des transistors, voire des ordinateurs, entièrement optiques... Sur ce contexte que s’articule le travail de ce sujet proposé.
Statut
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