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Modélisation du champ électrique interne d'un solide: application à la détermination des propriétés dérivées de la polarisation. Calcul du spectre de phonon.
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Labéguerie, Pierre |
| Copyright Year | 2005 |
| Abstract | L'objectif de cette these est la modelisation du champ electrique interne dans les solides cristallins et l'etude des proprietes qui lui sont derivees (polarisation spontanee, piezoelectricite, charges dynamiques de Born,...). L'effet de la contrainte imposee aux differents systemes pour le calcul des constantes piezoelectrique, a ete utilise pour la determination du jeu complet des constantes elastiques de la plupart des systemes consideres dans ce memoire. L'analyse du comportement dynamique par l'etude du spectre de phonons au centre de la zone de Brillouin d'une part, et le calcul specifique des frequences anharmoniques de vibration du groupement hydroxyle d'hydroxydes alcalins ou alcalino-terreux, d'autre part, complete ce travail. De nos jours, les methodes de type ab initio se revelent de plus en plus comme etant un outil de choix pour interpreter a l'echelle microscopique les observations experimentales et guider efficacement le choix des experimentateurs. La modelisation ab initio des proprietes derivees de la polarisation grâce a la theorie dite « moderne » de la polarisation due a King-Smith, Vanderbilt et Resta1, utilisant de facon explicite la theorie de la phase de Berry, permet a present d'evaluer des proprietes telles que la piezoelectricite et la polarisation spontanee. L'un des premiers objectifs de ma these est l'etude de ce type de proprietes sur un materiau isotype du quartz : le phosphate d'aluminium AlPO4 (berlinite). En effet, la recherche de nouveaux materiaux visant a depasser les limites du quartz, notamment comme generateur d'ultrasons ou encore des materiaux acousto-electronique pour la realisation de certains filtres electroniques a grande largeur de bande, a recemment connu un regain d'interet. L'une des pistes exploree est celle des materiaux a structure cristalline identique au quartz, mais dans lequel le silicium est substitue par d'autres atomes, comme par exemple l'atome d'aluminium pour la berlinite. Pour la premiere fois a notre connaissance, une etude systematique au niveau ab initio permettant de determiner les conditions optimales pour l'evaluation des proprietes elastiques, piezoelectriques et spectroscopiques a ete realisee pour ce systeme. De plus, la berlinite constituant la forme dense de zeolithes telles que AlPO4-5 (AFI), les etudes tant structurale que spectroscopique menees pour ce compose, constitue un preliminaire interessant dans l'optique d'une etude en cours effectuee en collaboration avec Ross BROWN, Directeur de recherche dans notre Laboratoire, en utilisant aussi bien les methodes ab initio que celles issues de la dynamique moleculaire. Nous nous sommes ensuite focalises sur les materiaux semi-conducteurs ferroelectriques, tels que les nitrures d'elements III (AlN, GaN, InN). Ces nitrures, ainsi que leurs alliages, sont des semi-conducteurs remarquables qui presentent des performances exceptionnelles lorsqu'ils sont utilises dans des dispositifs optoelectroniques. Avant d'aborder l'etude des hetero-structures et des d'alliages du type AlxGa1-xN, prevu dans notre laboratoire, un certain nombre d'etudes fondamentales concernant les composes non dopes etaient indispensables, afin d'etablir de facon claire les conditions optimales permettant une meilleure prediction des proprietes derivees de la polarisation. Une deuxieme partie de ma these se rapporte a l'etude des proprietes structurales, electroniques, elastiques, et spectroscopiques d'une famille de composes appartenant a la famille des matlockites (MFCl, M=Ca, Sr, Ba). En effet, ce type de composes, lorsqu'ils sont dopes, sont susceptibles d'avoir des applications dans le domaine de l'imagerie des rayons X. L'approche ab initio utilisee dans ce memoire pour la determination des proprietes elastiques et pour le calcul du spectre de phonons au centre de la zone de Brillouin constitue la premiere tentative d'evaluation de ce type de proprietes pour ces systemes. Enfin, l'approximation harmonique utilisee jusqu'a present pour le calcul du spectre de phonons au centre de la zone de Brillouin s'averant insuffisante pour le calcul precis de ce type frequence, je me suis egalement interesse au calcul des frequences de vibration anharmoniques du groupement hydroxyle dans des hydroxydes alcalin et alcalino-terreux. Une analyse detaillee des conditions d'etude et en particulier du role joue par les operateurs Hamiltoniens, selon que l'hydroxyde en question possede ou non des liaisons de type hydrogene, a ete effectuee. Tous les calculs ab initio ont ete effectues en utilisant la version de developpement du programme periodique CRYSTAL, mis gracieusement a ma disposition par le Professeur Roberto DOVESI (Universite de Turin, Italie), avec lequel j'ai activement collabore. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00264922/document |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
