ماستر (LMD)
French
2023
Etude comparative des propriétés structurales électroniques et optiques du composé GaAs par la méthode FP-LAPW
فتيحة اوزير, فتيحة بصحراوي
جامعة أحمد بن يحيى الونشريسي - تيسمسيلت · الجزائر
This work presents a numerical simulation of the physical properties of gallium arsenide (GaAs). The numerical simulation is carried outby using the FP-LAPW method implemented in the WIEN2k calculation code. Structural, elastic, electronic and optical properties of GaAs are calculated using GGA and GGA-mBJ approximations.According to the structural properties calculations, we have deduced that GaAs is most stable in zinc blende structural phase comparing to rocksalt and wurtzite ones. A good agreement wasobtained between our results and the experimental one.Thus, the calculated elastic values confirm that GaAs is an anisotropic material with a good rigidity against the elastic deformations. The band structure calculations demonstrated that GaAs exhibits a direct band gap of 1.4 eV. The calculation of charges density proved that the GaAs has a polar covalent bonds.The density of states (DOS), calculated with GGA-mBJ approximation, demonstrates the presence of two valence bands formed, respectively, of (4p-As—4p-Ga) and (3s-As—3s-Ga) hybrid states and two conduction bands deduced, respectively, from an hybridization between the (4p-As—4s-Ga) and (4p-As —4p-Ga) states.This behavior is observed in numerical and experimental studies. The calculation of the real ()and imaginary()parts of the dielectric function()is determined by the GGA and GGA-mBJ approximations. The static refraction index ()and the dielectric constant ()values calculated by GGA-mBJ approach are in agreement with the experimental ones. Thus, the refraction ()and extinction ()indexes spectra calculated by using GGA-mBJ approximation are adapted with the experimental ones.The reflectivity spectrum()calculated by GGA-mBJ shows that this material is less reflective in infrared region (IR) and more reflective in ultraviolet region (UV). The energy loss function spectrum ()of GaAs, calculated by GGA-mBJ approximation, is consistent with the experimental one of electron energy loss (EELS) recorded at 400 eV of primary energy. Indeed, the observed energy loss peaks are, perfectly, adjustable with those recorded on the numerical ()curve, in where the region of much loss energy, due to surface and volume plasmons, is found in 11 eV-14 eV energy range. This is in agreement with the experimental EELS spectra. The absorption edge peak at 4.7 eV, recorded on the X-ray absorption spectrum (XAS), obtained using the GGA-mBJ approach, is attributed to the hybrid states of s-Ga—p-As. The other two peaks at 10.76 eV and 13.6 eV are related to the s-Ga—s-As hybrid states. This result is in good agreement with the experimental one
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Le présent travail présente une simulation numérique des propriétés physiques d’arséniure de gallium (GaAs). Cette simulation a été menée en utilisant la méthode FP-LAPW implémentée dans le code de calcul WIEN2k. Les propriétés structurales, élastiques, électroniques et optiques ont été calculées en utilisant les approches GGA et GGA-mBJ. Le calcul des propriétés structurales de GaAs a démontré que la phase structurale zinc blende est plus stable par rapport aux phases rocksalt et wurtzite. Un bon accord a été obtenu entre nos résultats et les résultats expérimentaux. Ainsi, le calcul des propriétés élastiques de GaAs ont prouvé que ce matériau, dans sa phase zinc blende, est anisotrope et possède une bonne rigidité envers les déformations élastiques. Le calcul de la structure de bandes d’énergie a démontré que GaAs possède un gap direct de 1.4 eV. La densité de charges électronique calculée par GGA, a démontré que la liaison chimique Ga—As et de type covalente polaire. Le calcul de la densité d’états électroniques (DOS), par l’approche GGA-mBJ, a prouvé la présence de deux bandes de valence formées, respectivement, des états hybrides (4p-As—4p-Ga) et les états (3s-As—3s-Ga) et de deux bandes de conduction déduites, respectivement, d’une hybridation entre les états (4p-As—4s-Ga) et les états(4p-As—4p-Ga).Ces résultats sont cohérents avec ceux numériques et expérimentaux. Le calcul de la fonction diélectrique ()estdéterminé par les approches GGA et GGA-mBJ. Les pics de transition optique observés sur le spectre ()sont dus aux transitions interbandes directes. Les spectres calculés des indices de réfraction ()et d’extinction ()sont en bon ajustement avec ceux expérimentaux. Un bon accord a été établi entre nos valeurs numériques de ()et de ()et les valeurs expérimentales. Un seuil d’absorption optique d’énergie de 4.7 eV est obtenu à partir du spectre d’absorption optiquecalculé par l’approche GGA-mBJ.Le spectre de la réflectivité ()calculé par GGA-mBJ montre quece matériau est moins réfléchissant dans la région de l’infrarouge (IR) et plus réfléchissant dans la région de l’ultraviolet (UV).Le spectre de la fonction de pertes d’énergie ()de GaAs, calculé par GGA-mBJ, est cohérent avec celui expérimental de EELS enregistré pour une énergie primaire de 400 eV. Les pics de perte d’énergie observés concordent, parfaitement, avec ceux trouvés sur la courbe ()dont la région de grande perte d’énergie, due aux plasmons de surface et de volume, est dans la gamme énergétique [11 eV-14 eV]. Le pic de seuil d’absorption à 4.7 eV, enregistré sur le spectre d’absorption des rayons-X (XAS), obtenu suivant l’approche GGA-mBJ, est attribué aux états hybrides s-Ga—p-As. Les deux autres pics d’énergie de 10.76 eV et de 13.6 eV sont liés aux états s-Ga —s-As. Ce résultat est en bon accord avec celui expérimental.
