Structures électroniques et origine du gap des alliages Heusler de type XYZ (X=Ni, Y=Mn, Cr, V et Z=Sb) Calcul ab-initio

(1)

Université Abdelhamid

Ibn Badis-Mostaganem Département de PhysiqueExactes et Informatique

MASTER2

Soutenance de Mémoire

de Master en Physique

Présentée par

BELAHCENE Wafa

Intitulé:

Structures électroniques et origine du gap des alliages

Heusler de type XYZ (X=Ni, Y=Mn, Cr, V et Z=Sb)

Calcul ab-initio

Encadré par :

(2)

Ibn Badis-Mostaganem Département de Physique MASTER2

Plan de la présentation



Introduction



Matériaux ferromagnétiques



Demi-métal



Modèle du champ cristallin



Alliages Heusler



Alliages half-Heusler NiYSb ( Y=Mn, Cr, V) :

Etude ab-initio



Propriétés structurales



Propriétés électroniques



Propriétés magnétiques



Origine du gap



Conclusion

(3)

MASTER2

+ =

Électron Spin Spintronique

« La spintronique »

Introduction

GMR

Full-Heusler

(Cu

₂

MnAl)

• Demi-métallique

• T

_c

élevée

• Mémoire à forme magnétique

Electronique classique

Charge électronique et le spin peuvent être combinés pour former une nouvelle classe de composants électroniques.

Alliage Heusler

Half Heusler

(NiMnSb)

(4)

Etat parallèle: résistance faible

Etat antiparallèle: résistance forte

FM

NM

FM

Magnétorésistance Géante (GMR)

variation de la résistance de l'empilement sous l’effet

d’un champ magnétique.

A. Fert, Phys. Rev. Lett., 61 (1988)

P. Grünberg, Phys. Rev. B, 39 (1989)

une découverte qui a révolutionné les techniques

permettant de lire l'information stockée sur DD.

(5)

MASTER2

Demi-métal

(6)

Modèle du champ cristallin

Champ cristallin octaédrique

Champ cristallin tétraédrique

(7)

MASTER2

Structure cristalline des

alliages Heusler

(8)

(9)

MASTER2 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 -18326,25 -18326,20 -18326,15 -18326,10 -18326,05 -18326,00 E=0.12 Ry NiMnSb magnétique non magnétique E nergie (R y)

Paramétre de maille (Bohr)

Propriétés structurales

• Approximation GGA

• Code Wien2k

• Nombre de K-point=200

• Précision=10

-4

NiMnSb

NiCrSb

NiVSb

a

_éq (Bohr)

Présent calcul

11.15

11.11

11.13 Autre calcul

11.17

a

11.2

b

11.14

a

11.15

a

10.93

b

Expérimental

11.16

a

B (GPa)

113.42

116.34

129.70

a _{L. Marjana, Master of science, 2005.}

(10)

 Structure de bandes

Propriétés électroniques

 Métallique (Spin

Majoritaires)

 Semi-conducteur

(Spin Minoritaires)

Comportement demi

métallique.

(11)

MASTER2

(12)

Gap de bande

Alliage

a

_éq

(Bohr)

Gap (eV)

Notre

calcul

Autre

Exp

NiVSb

11.14

0.46 NiCrSb

11.11

0.40 NiMnSb

11.15

0.51

0.5

a

_0.4

b

a _{I.Galanakis, P. H. Dederichs, and N. Papanikolaou, Phys. Rev. B 66, 2002.}

b _{M.M.Kirillova,A.A.Makhnev,E.I.Shreder,V.P. Dyakina,andN.B.Gorina.Phys.Stat.Sol.(b), 187:231,1995.} 11,11 11,12 11,13 11,14 11,15 11,16 0,40 0,42 0,44 0,46 0,48 0,50 0,52 Ga p ( eV)

(13)

MASTER2

Propriétés électroniques

 Densité d’états

-6 -4 -2 0 2 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 NiMnSb-non magnétique total Ni Mn Sb D O S ( ét at s/ eV ) E-E_f (eV) -6 -4 -2 0 2 -9 -6 -3 0 3 6 9 NiMnSb-magnétique D O S ( et at s/ eV ) E-E F (eV) total Ni Mn Sb

P =100%

(14)

Ibn Badis-Mostaganem Département de Physique MASTER2 -6 -4 -2 0 2 -9 -6 -3 0 3 6 9 total Ni Cr Sb NiCrSb D O S ( et at s/ eV ) E-E_F (eV) -6 -4 -2 0 2 -12 -9 -6 -3 0 3 6 9 12 total Ni V Sb NiVSb D O S ( et at s/ eV ) E-E f (eV)

P = 97%

_{P = 89%}

Propriétés électroniques

 Densité d’états

(15)

MASTER2 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 -8 -6 -4 -2 0 2 4 E ta ts a n ti li an ts E ta ts l ia n ts

NiMnSb

D O S ( ét at s/ eV ) E-E F (eV) Ni-s Ni-p Ni-d Mn-s Mn-p Mn-d Sb-s Sb-p

Propriétés électroniques

 Densité d’états

(16)

Propriétés magnétiques

Alliage

Nombre d'électrons

de valence (Z)

M

t

(

B

)

NiVSb

20

2 NiCrSb

21

3 NiMnSb

22

4

19 20 21 22 23 2 3 4 NiVSb NiCrSb NiMnSb M o m en t m ag n ét iq u e M t (  B )

Nombre des électrons de valence (Z)

Mom ent m agné ti que M t ( 



Loi de Slater Pauling:

(17)

MASTER2

Origine du Gap

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 -8 -6 -4 -2 0 2 4 Spin Down E ne rg ie (e V ) W L G X W K Spin up Spin down DOS(états/eV) Ni-d Mn-d E_F Spin up W L G X W K

(18)

Origine du Gap

-6 -4 -2 0 2 4 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 Gap t_2g e_g e_g t_2g Spin Down En erg ie (e V) W L  X W K e_g t_2g E_F Spin up W L  X W K Spin up Spin Down DOS (états/eV) Ni-e_g Nit_2g Mn-e_g Mnt_2g