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Thèses Soutenues

 

  Titre de la thèse Diagrammes de phase température – préssion,
proprietés structurales et électroniques
des semiconducteurs binaires et pseudo-binaires:
un étude
ab initio
     
  Auteur(s) Abedalhasan BREIDI
     
  Laboratoires

Lab Matériaux Polymèrres et Biomatériaux
UMR CNRS 5223: Ingenerie des materiaux polyméres
Lab. Physique Appliqée - Groupe de Biomatériaux et Matériaux Intelligents -
Université Libanaise - Faculté des sciences 2 - Fanar – POBox 90656 Jdeidet, Liban.

     
  Thèse en cotutelle l'UNIVERSIT´E PAUL VERLAINE – METZ
et
L'UNIVERSIT´E LIBANAISE
     
  Breidi_thesis-OFFICIAL.pdf
     
  Titre Diagrammes de phase température – préssion,
proprietés structurales et électroniques
des semiconducteurs binaires et pseudo-binaires:
un étude
ab initio
     
  Titre en englais
 
Temperature – pressure phase diagrams, structural and electronic properties of binary and pseudobinary semiconductors: an ab initio study
     
  Date de soutenance

16 Juin 2011

     
  Résumé
Concernant la recherche sur les semiconducteurs, la substitution isovalente sur
un sous-r´eseau, qu'il soit cationique ou anionique, permet d'ajuster les param`etres
de structure de maille et les propri´et´es ´electroniques ou ´elastiques. La pression
hydrostatique externe peut augmenter ou inhiber les effets produits par cette
substitution, et, en tout cas, offre un degr´e de libert´e suppl´ementaire pour varier,
ou sonder, les propri´et´es des semiconducteurs. Par ailleurs, la pression ext´erieure
peut induire une s´equence de transitions structurales de phase, qui `a leur tour
peuvent induire une modification de la structure de bande et des propri´et´es de
dynamique du r´eseau inhabituelles. Puisque les ´energies des phases en pr´esence
ainsi que les constantes de force sont des propri´et´es que rel`event de l'´etat fondamental,
elles peuvent ˆetre obtenues de mani`ere fiable `a partir de calculs "premiers
principes" effectu´es au sein de la th´eorie de la fonctionnelle de la densit´e (DFT).
Le pr´esent travail concerne de telles ´etudes d'ordre th´eorique, r´ealis´ees avec diverses
m´ethodes de calcul, qui sont, en partie, compl´ementaires.
L'analyse comparative des phases en comp´etition dans les compos´es purs ZnS
et ZnSe sous pression hydrostatique, r´ealis´ee en utilisant la m´ethode de calcul
de haute pr´ecision APW+lo (mise en oeuvre dans le logiciel WIEN2k), a permis
de pr´eciser la s´equence des transitions de phase induites sous pression ext´erieure
et de r´esoudre certaines controverses th´eoriques, li´ees `a l'utilisation de sch´emas
diff´erents d'´echange-corr´elation. Le calcul des dispersions des phonons dans l'un
desdits compos´es (ZnSe) sous pression, effectu´e dans le cadre du formalisme de
la r´eponse lin´eaire via le code abinit, a permis d'identifier les instabilit´es dynamiques
associ´ees au "ramollissement" des modes acoustiques dans certaines
parties de la zone de Brillouin, correspondant au pressentiment d'une transition
de phase. Les spectres de vibration sous pression ont ensuite ´et´e simul´es dans un
syst`eme mixte, en l'occurrence (Zn,Be)Se, en utilisant la m´ethode des "phonons
gel´es" et le code Siesta. Enfin, la stabilit´e thermodynamique des phases en
comp´etition, zincblende et wurtzite, du semiconducteur mixte Cd(S,Se) a ´et´e
´etudi´ee en utilisant le logiciel VASP selon la m´ethode du pseudopotentiel, en
combinaison avec le formalisme des structures quasial´eatoires sp´eciales (SQS)
permettant de repr´esenter efficacement le caract`ere d´esordonn´e des phases consid
´er´ees. Il a ´et´e possible, sur cette base, de r´ealiser la caract´erisation structurale
compl`ete, et de discuter le diagramme de phase temp´erature–concentration.
     
  Résumé en anglais
In semiconductor research, an isovalent substitution on a sublattice, either
cationic or anionic one, is a convenient tool to tune lattice parameters, electronic
or elastic properties. External hydrostatic pressure is another such tool, which
may either enhance or inhibit the effects of alloying, and in any case offers an additional
"coordinate" for scanning and probing the properties of semiconductors.
Moreover, external pressure may induce a sequence of structural phase transitions,
which in their turn may result in unusual band structures and lattice-dynamical
properties. As energies of different phases (needed to construct phase diagrams)
and force constants (responsible for vibrational spectra in crystals) are groundstate
properties, they can be reliably obtained from first-principles calculations
done within the density functional theory (DFT). The present work outlines such
studies realized with different and, in part, complementary calculation methods.
Comparative analysis of possible phases of pure ZnS and ZnSe compounds under
hydrostatic pressure, done using a highly precision APW+lo method (realized in
the WIEN2k code), helped to refine the sequence of pressure-induced phase transitions
and to resolve some earlier controversies in theory works, related to the
use of different exchange-correlation schemes. The calculation of phonon dispersions
in the same compounds under pressure, done in linear-response formalism
(abinit code), helped to identify dynamical instabilities associated with softening
of acoustic modes in some parts of the Brillouin zone, indicating precursors
of phase transition. The vibrational spectra under pressure were then subject to
study under alloying, in the (Zn,Be)Se system; calculations done using the frozenphonon
method as employed in Siesta code. The thermodynamic stability of the
known competing phases (zincblende and wurtzite), in the alloy Cd(S,Se), is investigated
using pseudopotential method (VASP), where the special quasirandom
structures (SQS) formalism is employed to efficiently represent the disorder of
the considered phases. On this basis, it became possible to give full structural
characterization, and to discuss the temperature-concentration phase diagram.
     
  Organisme de delivrance Université Libanaise
et 
Université Paul Verlaine – METZ
     
  Ecole doctorale l'UNIVERSIT´E PAUL VERLAINE – METZ
et
L'UNIVERSIT´E LIBANAISE
     
  Langue Francais
     
  Directeur de thèse
 
M Andrei POSTNIKOV
M Fouad EL HAJ HASSAN
     
  Composition du Jury

Président: A.POLIAN,  Membres: I.ABRIKOSOV, J-L.BRETONNET, N.CHRISTENSEN, J.DENISZCZYK, F.ELHAJ-HASSAN, A.HIJAZI, M.KOREK, A.POSTNIKOV.

     
  Mots clés DFT, vibrations de r´eseau, transitions de phase, semiconducteurs mixtes.
     
  Mots clés en anglais DFT, lattice vibrations, phase transitions, mixed semiconductors