Séminaire - Abdelkader Boukortt & Said Meskine - Jeudi 9 février 2023 - Polarisation électrique et défauts d’empilement dans les cristaux wurtzite
Invitation : Roland Hayn (Département PHANO, Equipe MQT).
Diffusion : IM2NP, CINaM, Irphe, LP3 (via N. Sannier), Madirel (via P. Boulet), PIIM (via T. Angot), CPT (T. Martin), Fédération de Chimie (via S. Viel), CP2M
SEMINAIRE Jeudi 09 février 2023 à 11h00
Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, 1er étage Bâtiment Poincaré
Abdelkader BOUKORTT & Said MESKINE
Université Abdelhamid Ibn Badis – Mostaganem, Algérie
Faculté des Sciences et de la Technologie
Laboratoire Elaboration et Caractérisation Physico Mécanique et Métallurgique des Matériaux
(ECP3M)
Polarisation électrique et défauts d’empilement dans les cristaux wurtzite
La polarisation électrique est un phénomène important à déterminer en physique de la matière condensée, qui reste jusqu’à nos jours mal compris. Avec l’arrivée de la théorie moderne de la polarisation et les travaux combinés de Resta et Vanderbilt, le calcul de la polarisation via les méthodes ab-initio devient accessible.
En se basant sur l'approche de Berry phase dans le contexte de la théorie de la fonctionnelle de la densité, nous avons calculé la polarisation spontanée dans les cristaux wurtzite, comme les nitrures (AlN, GaN, et InN) et les oxydes (BeO et ZnO). La géométrie de référence qui convient pour le calcul de cette grandeur pour ces composés est la structure trigonale. Nos résultats sont en bon accord avec d’autres calculs théoriques et quelques résultats expérimentaux.
La compréhension de la polarisation électrique liée à cette étude nous a poussé de voir comment la compression uniaxiale, sur ces composés, influe sur la polarisation (piézoélectrique) et les autres paramètres tel que, le paramètre de réseau, la charge effective de Born et la constante piézoélectrique e33. Nous avons remarqué que la constante piézoélectrique et le paramètre interne u augmentent linéairement avec l’augmentation de la compression. Cette augmentation provoque une transition de phase du wurtzite à l’hexagonale.
A travers notre étude sur la polarisation, nous avons remarqué que la polarisation spontanée est liée directement au défaut d’empilement. Les deux composés GaN et ZnO sont généralement conçus sous forme de couches minces sur des substrats qui présentent un désaccord de maille. Par conséquent, ces composés présentent une densité de défauts d'empilement. A cet effet, nous avons effectué aussi un travail sur les propriétés structurelles, électroniques, élastiques et piézoélectriques pour les composés GaN et ZnO avec la présence des défauts d'empilement. Parmi les résultats intéressants, le calcul de la polarisation spontanée par les défauts d’empilement nous a donné des résultats très proches du travail expérimental de Lahnemann et al.
Références :
[1] F. Bernardini, V. Fiorentini, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 63, 193201 (2001).
[2] F. Tran, J. Doumont, L. Kalantari, A. W. Huran, M. A. L. Marques, and P. Blaha, J. Appl. Phys. 126, 110902 (2019).
[3] J. Lähnemann, O. Brandt, U. Jahn, C. Pfüller, C. Roder, P. Dogan, F. Grosse, A. Belabbes, F. Bechstedt, A. Trampert, and L. Geelhaar, “Direct experimental determination of the spontaneous polarization of GaN”, Phys. Rev. B 86, 081302(R) (2012).
[4] F. Bernardini, V. Fiorentini, and D. Vanderbilt, “Spontaneous polarization and piezoelectric constants of III-V nitrides”, Phys. Rev. B 56, R10024(R) (1997).
[5] Y. Noel, C.M. Zicovich-Wilson, B. Civalleri, P.D. Arco, and R.Dovesi, “Polarization properties of ZnO and BeO: An ab initio study through the Berry phase and Wannier functions approaches”, Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 65, 14111 (2001).
