Etude ab initio des propriétés électroniques, magnétiques et optiques des semiconducteurs ZnS et CdS dopé par les éléments magnétiques Cr et Fe

Abstract

Le ZnS et le CdS dopés aux métaux de transition (TM) ont suscité de nombreux intérêts de recherche en raison de leurs applications spintroniques potentielles. La plupart de ces études théoriques et expérimentales se sont concentrées sur leur structure de type wurtzite. Cependant, peu d’études sur leur structure de type zinc-blende sont rapportées dans la littérature, en particulier pour leurs propriétés optiques. Nous présentons ici une étude approfondie des structures électroniques, des propriétés magnétiques et optiques des semi-conducteurs ZnS et CdS dopés aux atomes de métaux de transition (TM) X (X = Cr et Fe) que nous avons réalisée par des calculs de premiers principes. GGA-PBEsol et GGA-TB-mBJ sont utilisés pour le potentiel d’échange et de corrélation. La bande interdite half-métallique magnétique, les structures de bande, les densités d’états et les propriétés optiques sont analysées en profondeur. Les données révisées correspondantes sont proposées en fonction du dernier potentiel TB-mBJ. Nous avons montré que le Cr a plus d’effet sur la bande interdite half-métallique que le Fe, quels que soient les composés à base de Zn ou de Cd. De plus, la bande interdite half-métallique diminue de CdS à ZnS, contrairement à la prédiction GGA-PBEsol. De nouvelles tendances et conclusions sont ensuite présentées, montrant l’impact de ce dernier potentiel dans l’amélioration des valeurs de plusieurs propriétés étudiées et non pas limité à la bande interdite d’énergie, comme on le sait. Avec ce potentiel, l’absorption maximale atteint sa valeur énergétique élevée. Nos résultats sont également comparés aux valeurs théoriques et expérimentales disponibles et un bon accord est obtenu. Nous espérons que notre étude révisée pourra être utile pour des applications technologiques telles que la spintronique et le photovoltaïque.