| Titre : | Characterization by ab initio calculations on the physical properties of Yttrium based compounds for thermoelectric applications |
| Auteurs : | Hadjer Charrouf, Auteur ; Said Lakel, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algérie] : Faculté des Sciences Exactes et des Sciences de la Nature et de la Vie, Université Mohamed Khider, 2023 |
| Format : | 1 vol. (61 p.) / ill., couv. ill. en coul / 30cm |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Calcul ab-initio, DFT, pseudo-potentiels, les composés IIIB-N, IIIB-IIIB-NA et IIIBN-VA, lespropriétés structurales , élastiques, électroniques, optiques et phonon |
| Résumé : |
La physique des solides joue un rôle important dans la technologie actuelle. Parmi ces matériaux , les semi-conducteurs IIIB-N (ScN, YN, LaN) et leurs mélanges IIIB-IIIB-NA et IIIB-N-VA qui sont basés sur d'Yttrium, ces matériaux ont une efficacité très importante lorsqu'ils sont utilisés dans le développement de nouvelles technologies. De nos jours, les méthodes de types ab initio se révèlent de plus en plus comme étant un outil de choix pour interpréter à l’échelle microscopique les observations . Les propriétés physiques des composés IIIB-N (ScN, YN, LaN) et leurs mélanges IIIB-IIIB-NA et IIIB-N-VA sont calculées par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et la méthode des pseudo potentiels couplés avec les ondes planes (PP-PW) à l'aide du programme CASTEP. Nous avons calculé les propriétés structurales et élastiques (constantes élastiques Cij et Sij, et module d'élasticité : module de compression B, module de cisaillement G, module d'Young E, module de Poisson ν, ainsi que module d'Young, module de Poisson et vitesses de propagation des élastiques longitudinales et transversales ondes selon différentes directions cristallographiques, Calcul de la température de Debye pour Y1-xMxN (Sc = M, La) et YN1-xBx (Sb, As, P = B ), propriétés électroniques (bandes d'énergie, densité d'états total DOS et états partiels TDOS), propriétés optiques (coefficient diélectrique réel ε? et imaginaire ε, indice de réfraction n, coefficient d'extinction k, coefficient d'absorption, réflectivité) et phonon (la courbe de dissipation des phonons et la densité d'états des phonons). Les résultats obtenus sont en bon accord avec les résultats expérimentaux disponibles et les calculs théoriques et d'autre part ce sont des prédictions fiables comme référence. |
| Sommaire : |
General Introduction: 1 I-1- Introduction 4 I-2- Physical properties of binary materials: XN ( X = Sc, Y, La ) and YM (M = P, As, Sb ) 4 I-2-1. Definitions of IIIB-VA materials 4 I-3. Structural Properties 5 I-3-1. Structure - Rock Salt (NaCl) 5 I-3-2. Lattice constant of Rocksalt type (NaCl) 6 I-3-3. Lattice constant of binary materials 6 I-4. First Brillouin zone 6 I-5. Electronic properties 8 I-5-1. Electronic structure 8 I-5-2. Band Structure 8 I-5-3. Direct gap and indirect gap 9 I-6. Elastic properties 9 I-7. Properties of ternary compounds (ScxY1-xN) 10 I-8. Application of IIIB-VA materials: 11 I-9. Thermoelectric materials 11 I-9-1. Introduction 11 I-9-2.Traditional materials 12 I-9-2-1. Bismuth Telluride (Bi2Te3) 12 I-9-2-2. Lead Telluride and its derivatives (Pb, Te) 13 I-9-2-3. Silicon and Germanium 13 I-9-3. Physical properties some thermoelectric materials 13 I-10-4. New thermoelectric materials 14 I-10. Applications 15 I-10-1. For thermoelectric generators (direct conversion of heat to electricity) 15 CHAPTER I: Physical properties of IIIB-VA and Thermoelectric applicationsXIII I-10-2. Thermoelectric cooling 17 I-10-3. Electronic Device Cooler 18 I-10-4. Other Applications 19 Bibliographies 20 Part A: Density functional theory (DFT) II-A-1. Introduction 23 II-A-2 . Problem at N body with approximations 23 II-A-2-1. The Born-Oppenheimer approximation 24 II-A-2-3.Hartree-Fock approximation 25 II-A-4-Functional Density Theory (DFT) 26 II-A-4-1. Approximation of Kohn and Sham 27 II-A-4-2.Functional exchange and correlation 28 a - Local Density Approximation (LDA) 28 b - Generalized Gradient Approximation (GGA) 29 5- Pseudo potential method and plane waves 29 II-A-5-1- Introduction 29 II-A-5-2-2. Sampling of the Brillouin zone 30 II-A-5-2-3. Flat waves 30 II-A-5-2-3. Cut-off energy 30 II-A-5-2-4. Bloch theorem 31 II-A-6. Approach to pseudo potential 31 II-A-6-1. Frozen core approximation 31 II-A-6-2. Pseudo-potential method 32 II-A-7-The code of CASTEP 33 Bibliographies 34 CHAPTER II: Theoretical FrameworkXIV Part B: Elastic ,optical , phonon and thermoelectric properties with DFT II-B-1. Elastic properties 37 II-B-1-1. Tensors of the elastic constants 37 II-B-1-2. Energy and the elastic constants 38 II-1-2-1. Case of a crystal with cubic symmetry 39 II-B-1-2-2.Calculation Method 40 II-B-1-3. Mechanical Properties 41 II-B-1-3-1. Mechanical stability criteria of the crystal 41 II-B-1-3.2. Bulk modulu 41 II-B-1-3-3. Shear modulu 42 II-B-1-3-4. Pugh’s index (?⁄?) 43 II-B-1-3-5. Young’s modulus 43 II-B-1-3-6. The axial modulus 44 II-B-1-3-7. The Debye temperature 45 II-B-1-4. Elastic anisotropy 46 II-B-1-5. Elastic wave propagation velocities 46 II-B-2. Optical Properties 47 The complex refractive index 50 Reflectivity 50 Absorption coefficient ?(?) 50 II-B-3. Phonons Properties 50 II-B-3-1. Phonon Density of States 50 II-B-3-2. Acoustic and optical phonons 51 Acoustic phonons 51 Optical phonons 52 II-B-3-3. Classical harmonic crystal theory 52 II-B-3-3-1. Vibrations of a monatomic chain 52 II-B-3-3-1-1. Dispersion relationship 53 II-B-3-3-2. Vibrations of a diatomic chain 55 II-B-3-3-3. Three-dimensional lattice 57 II-B-4. Thermoelectricity 57XV II-B-4-1. Thermoelectric effects 57 II-B-4-2.Thermoelectric coefficients 59 II-B-4-3. ZT merit factor 60 Bibliographies 62 III-1. Introduction 66 III-2. Method of calculations 66 III-3. Structural Properties Y1-xMxN ( M = Sc and La), YN1-xBx (B = P ,As and Sb) 67 III-3 -1. Structural Properties of Y1-xMxN ( M = Sc and La) 67 III-3-1-1.The compounds Y1-xScxN for (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1 ) 67 III-3-1-2.The compounds Y1-xLaxN for (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1 ) 68 III-3-2. Structural Properties of YN1-xBx (B : P , As and Sb) , (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1) 69 III-4. Elastic properties and mechanical stability Y1-xMxN ( M = Sc and La) and YN1-xBx (B = P ,As and Sb) 71 III-4-1. Elastic properties and mechanical stability of Y1-xMxN ( M = Sc and La) 71 III-4-1-1.The compounds Y1-xScxN for (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1 ) 71 A) Elastic constants and elasticity modules 71 B) Anisotropy of elastic moduli 74 1. Isotropic factor 74 2. Young modulus , Poisson coefficient and shear modulus 74 3. Elastic wave propagation velocities 75 III-4-1-1.The compounds Y1-xLaxN for (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1 ) 76 A ) Elastic constants and elasticity modules 76 B) Anisotropy of Elastic Moduli 79 1. Isotropic factor 79 2. Young modulus , Poisson coefficient and shear modulus 97 CHAPTER III: Results and discussionXVI 3. Elastic wave propagation velocities 80 III-4-2. Elastic properties and mechanical stability of YN1-xBx (B = P ,As and Sb) 80 A) Elastic constants and elasticity modules 80 B) Anisotropy of Elastic Moduli 83 1. Isotropic factor 83 2. Young modulus , Poisson coefficient and shear modulus 85 3. Elastic wave propagation velocities 86 III-5- Electronic structure of Y1-xMxN ( M = Sc and La), YN1-xBx (B = P ,As and Sb) alloys 88 III-5.1 . Band structures and T-DOS and P-DOS of Y1-xMxN ( M = Sc and La) 88 III-5-1-1.The compounds Y1-xScxN for (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1 ) 88 III-5-1-2.The compounds Y1-xLaxN for (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1 ) 92 III-5-2 . Band structures and T-DOS and P-DOS of YN1-xBx (B = P ,As and Sb) alloys 95 III-5-2-2. The compounds YN1-xPx (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1 ) 95 III-5-2-3. The compounds YN1-xAsx (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1 ) 100 III-5-2-4. The compounds YN1-xSbx (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1 ) 103 III-6. The optical properties of Y1-xMxN ( M = Sc and La), YN1-xBx (B = P ,As and Sb) alloys 108 III-6-1. The optical properties of Y1-xMxN ( M = Sc and La) 108 III-6-1-1.The compounds Y1-xScxN for (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1 ) 108 III-6-1-2.The compounds Y1-xLaxN for (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1 ) 110 III-6-2. The optical properties of YN1-xBx (B = P ,As and Sb) alloys 113 III-7. Phonon properties of Y1-xMxN ( M = Sc and La), YN1-xBx (B = P ,As and Sb)alloys 120 III-7-1. Phonon properties of Y1-xMxN ( M = Sc and La) alloys 120 7-2. Phonon properties of YN1-xBx (B = P ,As and Sb) alloys 124 Bibliographies 128 General conclusion 131 |
| En ligne : | http://thesis.univ-biskra.dz/6128/1/Thes%20Hadjer%20%202023%20-%20Copie.pdf |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut |
|---|---|---|---|
| TPHY/132 | Théses de doctorat | bibliothèque sciences exactes | Consultable |
