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FSEA 2018/2019 En vue de l’obtention du diplôme de Doctorat LMD Spécialité: Sci

FSEA 2018/2019 En vue de l’obtention du diplôme de Doctorat LMD Spécialité: Sciences de la Matière Présentée par: MOUFFOK Youcef Soutenue publiquement le 11 /03/2019 devant le jury composé de: DRISS KHODJA Kouider professeur. Univ. Oran1 A.B Président AMRANI Bouhalouane professeur. Univ. Oran1 A.B Directeur de Thèse SEKKAL Nadir professeur. ENPO MA Examinateur HADJRI MEBARKI Soria professeur. Univ. Oran1 A.B Examinateur EL HAJ HASSAN Fouad professeur.Univ Libanaise Examinateur SEBBANI Mohamed professeur.Univ Oran1 A.B Examinateur Sujet de la thèse Recherche de nouveaux matériaux à propriétés spécifiques pour la spintronique Résumé Recherche de nouveaux matériaux à propriétés spécifiques pour la spintronique La spintronique s’est montré comme la technologie de futur qui remplacera l’électronique conventionnelle, avec des avancées majeures dan le cadre technologique. Cependant, dans le but de proposer des matériaux répondant en adéquation aux besoins industriels, le choix a été porté sur les matériaux expérimentées comme les semi- conducteurs magnétiques dilués DMS qui se sont montrés incapables de concurrencer les avancements électroniques vu les incommodités connues (température de Curie Tc, polarisation, etc.). Pour cette raison, nous nous sommes intéressés dans ce travail à l’étude d’une famille de matériaux intelligents, les alliages d’Heusler qui forment une classe de matériaux se montrant, comme candidats potentiels avec des propriétés intéressantes pour la spintronique, capables de surmonter ces défis. Ce travail théorique est consacré à l’étude des alliages d’Heusler. Nous nous sommes placés dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité en utilisant les méthodes ab initio implémentées dans le code de calcul wien2k pour étudié les propriétés magnéto-électroniques, thermodynamiques et magnéto-optiques. Nous avons étudié les Heusler complets comme des matériaux demi-métalliques ferromagnétiques. Nous avons de plus mis au point une correction remarquable sur les gaps énergétiques par la méthode mBJ-GGA. En suite, nous avons proposé une nouvelle phase hexagonale des alliages demi-Heusler caractérisée par un important moment magnétique ainsi qu’une haute température de curie et qui s’avère pertinente pour futures applications. Nous avons sélectionné les demi-Heusler substitué et montré leur impact sur les propriétés optiques. Nous avons proposé une nouvelle famille des alliages d’Heusler quaternaires avec des propriétés remarquables au niveau de Fermi appelé new spin gapless semiconductors. Enfin, nous avons étudié les alliages d’Heusler comme candidats en supraconductivité. Mots clés: spintronique, ab initio, wien2k, alliages d’Heusler. Abstract Research of new materials with specific properties for spintronics Recently, Spintronics has shown as the future technology with potential applications that will replace the conventional electronics. Diluted magnetic semiconductors DMS have known major advances in the technological framework, but they still unable to compete with advancements given the known drawbacks (Curie temperature Tc, polarization, ex ,,,), the purpose being to propose materials that meet industrial needs. For this reason we are interested in this work to study a family of smart materials that are the Heusler alloys, this class of materials are shown to be able to overcome these challenges as potential candidates with interesting properties for spintronics. This theoretical work is devoted to the study of Heusler alloys. We placed ourselves within the framework of the density functional theory using ab initio methods implemented in the wien2k package to study the magneto-electronic, thermodynamic and magneto-optical properties. We studied the full Heusler as half- metallic materials possessing high temperature, total Fermi polarization as well as a large magnetic moment. We have also developed a remarkable correction on energy gaps by the mBJ-GGA method. Then, we proposed a new hexagonal phase of the half-Heusler alloys characterized by a large magnetic moment as well as a high Curie temperature and which is relevant for future applications. We selected the substituted half-Heusler and showed their impact on optical properties. We have proposed a new family of quaternary Heusler alloys with remarkable properties at Fermi level called new spin gapless semiconductors. Finally, we studied Heusler alloys as candidates for superconductivity. Key Word: spintronic, ab initio, wien2k, Heusler alloys. ملخص بحث عن مواد جديدة ذات خصائص محددة للسبنترونيات لقد أظهرت سبينترونيكس نفسها في اآلونة األخيرة كتكنولوجيا مستقبلية ستحل محل اإللكترونيات التقليدية ، مع تقدم كبير في اإلطار التكنولوجي ، ولكن المواد ذات الخبرة مثل أشباه الموصالت المغناطيسية د م س المخففة غير قادرة على التنافس مع التقدم الذي تم إحرازه .عيوب معروفة (درجة الحرارة كوري ، االستقطاب ، السابقين ،،، ) ، والهدف هو اقتراح المواد التي تلبي االحتياجات الصناعية .لهذا السبب نحن مهتمون في هذا العمل بدراسة عائلة من المواد الذكية التي هي من سبائك هوسلر ، تظهر هذه الفئة من المواد لتكون قادرة على التغلب على هذه التحديات كمرشحين محتملين مع خصائص مثيرة لالهتمام للسبنترونيات. هذا العمل النظري مكرس لدراسة سبائك هوسلر وضعنا أنفسنا في إطار نظرية الكثافة الوظيفية باستخدام أساليب أب اينيسيو التي تم تنفيذها في برمجيات فيان2ك لدراسة الخصائص المغناطيسية اإللكترونية والديناميكا الحرارية والمغناطيسية البصرية .درسنا كامل هوسلر كمواد شبه معدنية تمتلك درجة حرارة عالية ، وإجمالي استقطاب فارمي فضال عن لحظة مغناطيسية كبيرة .لقد طورنا أيضًا تصحيحًا رائعًا في فجوات الطاقة من خالل طريقة م ب ج-ج ج ا بعد ذلك ، اقترحنا مرحلة سداسية جديدة من سبائك نصف هوسلر تتميز بلحظة مغناطيسية كبيرة باإلضافة إلى درجة حرارة عالية للكوري والتي لها صلة بالتطبيقات المستقبلية .اخترنا نصف هوسلر المستبدل وأظهر تأثيرها على الخصائص البصرية .لقد اقترحنا عائلة جديدة من سبائك هوسلر رباعية مع خصائص ملحوظة على مستوى فارمي تدعى أشباه الموصالت تدور الفجوة الجديدة .أخيرا ، درسنا سبائك هوسلر كمرشحين للوصل الموصلية الفائقة. كلمات المفتاح: سبينترونيكس ، أب اينيسيو ، فيان2ك ، سبائك هوسلر. Je dédie ce travail à mes parents, à ma femme et nos petits enfants, mes frères et sœurs, mes amis et tous ceux qui ont aidé de proche et de loin. Remerciements : Mes années de thèse au laboratoire de physique des matériaux couches minces et semi- conducteurs dans l’équipe de simulation et modélisation théorique a été fatigantes en matière de temps mais riche scientifiquement. Nos remerciements s’adressent à Dieu le tout puissant de nous avoir donné, santé, prospérités et savoir afin de mener ce modeste travail jusqu’au bout. Je tiens également à remercier professeur DRISSKHOUDJA Kouider, qui fut le chef d’équipe pendant la durée de ma thèse pour son accueil chaleureux. Les années d’apprentissage à la recherche m’ont fait découvrir un métier exigeant mais combien passionnant. Il n’en aurait certainement pas été ainsi sans la présence de mon encadreur professeur AMRANI Bouhalouane, qui a tout fait pour me transmettre ses connaissances, son savoir-faire et surtout son insatiable envie de chercher. Au-delà de tes talents scientifiques impressionnants de par leur ampleur et leur diversité, tes qualités humaines ont permis d’instaurer entre nous un cadre de vie agréable et sincère. Mes premiers remerciements s’adressent à l’ensemble des membres du jury qui ont accepté d’évaluer et de superviser mon travail : le professeur DRISSKHOUDJA Kouider qui m’a fait l’honneur de présider le jury et les professeurs, SEKKAL Nadir, HADJRI MEBARKI Soria, SEBBANI Mohamed et notre invité EL HAJ HASSAN Fouad et je remercie aussi très chaleureusement qui ont bien voulu examiner ce travail en tant que rapporteurs et qui ont certainement eu le rôle le plus ingrat de devoir lire en détail ce manuscrit. Je tiens à remercier ensuite professeur HAKIKI Noureddine qui m’a donné l’occasion de connaitre le milieu de la recherche. C’est également lui qui m’a mis en relation et conseillé de travailler avec professeur AMRANI Bouhalouane qui était mon encadreur. Bien dommage que la mort nous a surpris et ne pourra pas assister. Puisse Dieu Le Tout Puissant et Miséricordieux accorder au défunt Sa Sainte Miséricorde et l’accueillir en Son Vaste Paradis. « A Dieu nous appartenons, à Lui nous retournons » Je remercie également tous les doctorants dont j’ai pu interagir scientifiquement, et en particulier, pour ne citer que les principaux, ROUABHIA Abdelkarim pour sa disponibilité, son accompagné et sa motivation, RAHMANI Rabea pour l’initiation qui m’avait accordé et les débats qu’on a échangés, ABASSA Hamza pour ces questions subtiles qui instaurent le doute, J’adresse aussi un grand merci au professeur guillaume de l’université d’Orsay paris II pour les précieux conseils ou j’ai découvert le monde de l’expérimentation. Mille mercis à ADJDIR Mehdi pour discussions scientifiques que nous avons partagées, et surtout pour son aide, merci pour les innombrables conseils que tu m’as partagé, je te souhaite bonne réussite dans ta vie de chercheur. Tu étais, tu l’es et tu resteras le grand frère comme tu disais toujours. Je remercie professeur HAMDACHE Fatima pour son accueil dans son laboratoire et parmi ces doctorants. Il est temps de remercier les gens qui n’ont pas participé directement à la réalisation de ce travail, mais qui comptent beaucoup pour moi et qui ont été un soutient quotidien dans les moments de joie comme dans les périodes de doute. Enfin, merci à mes parents à qui je dois tout, Maman, tu m’avais toujours solidarisé dans les bons moments comme dans les pires, et tu m’as laissé faire mon choix et ça me donne hyper confiance et je t’en remercie je n’oublierai jamais ton inquiétude, tes messages et surtout les sandwiches dont tu me préparais chaque début de semaine tu es ma meilleure. Merci à mon frère AMINE pour ces conseils, son uploads/Geographie/ th5042.pdf