Les alliages d’Heusler demi-métallique: étude théoriques des propriétés magnétiques et électroniques

Abstract

A comprehensive study of structure, phase stability, electronic, magnemtic, optical, and thermodynamic properties of Heusler alloys Fe2YxNi1-xSi (Y=Cr, Mn, Co) is presented by carrying out First-principles calculations within density-functional theory (DFT) using the full potential linearized augmented plane wave method (FP-LAPW). The exchange– correlation potential is treated within the LSDA, GGA and LSDA+U to calculate the total energy. Further more, the Engel–Vosko (EV-GGA) and mBJ approachs are employed to compute the electronic properties. The phases Cu2MnAl-Type and Hg2CuTi–Type for Heuler alloys Fe2YxNi1-xSi (Y=Cr, Mn, Co) are investigated. It is shown that the calculated lattice constants spin magnetic moments, optical properties are in a good agreement with the available the theoretical and experimental data. Calculated state of density for the Fe2MnxNi1-xSi (x=0.75, 1) and Fe2CrxNi1-xSi (x=0.75,1) alloys indicate the half-metal behavior with an absence of density of states for the minority spin at the Fermi level, which gives a perfect spin polarization; while for Fe2Mn0.5Ni0.5Si, and Fe2Cr0.5Ni0.5Si alloys the density of state shows the behavior close to half-metallicity with a significant presence of the state density of minority spins at Fermi level. The complex dielectric function, the absorption coefficient and the reflectivity spectrum are also calculated and analyzed in both types of phases. The thermodynamic properties are predicted by the quasi-harmonic model of Debye. This study allowed us to have a global idea about the effect of temperature and pressure on some macroscopic parameters such as the thermal capacities Cv and Cp, the coefficient of thermal expansion α and the temperature of Debye. On présente une étude approfondie de la structure, de la stabilité de phase, des propriétés électroniques, magnétiques, optiques, et thermodynamiques des alliages d’Heusler Fe2YxNi1-xSi (Y=Cr, Mn, Co) en effectuant des calculs du premier principe de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) en utilisant la méthode des ondes planes augmentées linéarisées avec un potentiel total (FP-LAPW). Le potentiel d'échange et de corrélation est traité dans LSDA, GGA et LSDA+U pour calculer l'énergie totale. Par ailleurs, les approches Engel-Vosko (EV-GGA) et mBJ sont utilisées pour calculer les propriétés électroniques. Les phases de type-Cu2MnAl et type-Hg2CuTi pour les alliages d’Heusler Fe2YxNi1- xSi (Y=Cr, Mn, Co) ont été étudiées. Il est montré que les paramètres de mailles calculés et les moments magnétiques de spin sont en bon accord avec les données théoriques et expérimentales disponibles. Les densités d'états calculées pour les alliages Fe2MnXNi1-XSi (x=0.75,1) et Fe2CrxNi1-xSi (x=0.75,1) indiquent le comportement demi-métallique avec une absence de densité d'états pour les spins minoritaires au niveau de Fermi, ce qui donne une polarisation de spin parfaite , alors que pour les alliages Fe2Mn0.5Ni0.5Si, et Fe2Cr0.5Ni0.5Si la densité d’état montre le comportement proche de la demi-métallicité avec une présence significative de la densité d'état des spins minoritaires au niveau de Fermi. La fonction diélectrique complexe, le coefficient d'absorption et le spectre de réflectivité sont également calculés et analysés dans les deux types de phases. Les propriétés thermodynamiques sont prédites par le modèle quasi-harmonique de Debye. Cette étude nous a permis d'avoir une idée globale sur l'effet de la température et de la pression sur certains paramètres macroscopiques tels que les capacités thermiques Cv et Cp, le coefficient de dilatation thermique α et la température de Debye. قمنا بدراسة الخصائص البنوية واستقرارها، دراسة الخصائص الالكترونية، الميغناطيسية، الضوئية في اطار نظرية دالية الكثافة Fe2YxNi1-xSi (Y=Cr, Mn, Co) والترموديناميكية لخلائط هوسلر تقريب التدرج LSDA بحساب كمون تبادل-ارتباط وذلك باستعمال تقريب الكثافة المحلية DFT ولدراسة الخصائص الالكترونية تم (Hubbard-U) بالاضافة الى تصحيحات هيوبار GGA المعمم . mBJ و (EV-GGA) : استعمال تقريبي و Cu2MnAl في الطورين Fe2YxNi1-xSi (Y=Cr, Mn, Co) قمنا بدراسة خلائط هوسلر وتم حساب انحراف ثابت الشبكة ومعامل الانضغاطية ومشتقه،. كما تطرقنا إلى دراسة .Hg2CuTi الخواص الالكترونية والتي تبين من خلالها بان الخلائط هي أنصاف معادن وهذا ما أدى Fe2MnxNi1-xS i(x= و ( 0.75,1 Fe2CrxNi1-xSi(x=0.75,1) إلى التطرق إلى دراسة الخواص المغناطسية. تعتبر النتائج المتحصل عليها بالنسبة للمركبات الثلاثة جيدة وقريبة من بعض الأعمال الأخرى التي أنجزت من طرف بعض الباحثين في هذا المجال. كما تطرقنا لدراسة الخصائص الضوئية من ثابت العزل الكهربائي، معامل الامتصاص وطيف الانعكاس في الطورين السابقين، كما قمنا بدراسة الخصائص التارموديناميكية بالاعتماد على نموذج ديباي. هذه الدراسة سمحت باعطائنا فكرة عامة حول تاثير الحرارة والضغط على معامل التمدد ودرجة حرارة ديباي. Cv والحجم الثابت Cp السعات الحرارية ذات الضغط الثابت ،α الحراري