Propriétés électroniques et magnétiques des nano rubans de carbone dopés avec les atomes de bore et d’azote.

Abstract

Dans ce mémoire, nous avons étudié trois types de nano rubans de même taille. Les nano rubans de carbone dopés avec le bore, ceux dopés avec l’azote et le troisième système est dopé simultanément avec le bore et l’azote. L’objectif est de montrer que ces systèmes sont sensiblement affectés par le type d’atomes dopants et aussi l’emplacement de ces atomes dopant dans le système. La première partie est consacrée à l’étude des nano rubans de carbone dopés avec le bore. la structure la plus stable parmi les quatre structures étudiées est la structure (d). Ce résultat peut être expliqué par deux approches, d’une part, la longueur de liaison C-C est plus courte que la liaison C-B ce qui conduit à un grand recouvrement des orbitales et du coup l’augmentation de l’énergie de cohésion, d’autre part la structure (d) correspond au cas où on’a le maximum de liaisons C-C comparé aux structures (a,b et c). L’augmentation de l’énergie de cohésion dans ce cas est dû au fait que l’énergie de liaison C-C est plus grande que celle de la liaison C-B. Concernant le magnétisme, la structure (c) possède le moment total le plus élevé avec une valeur de 0.59ä » , cela est dû au fait que ce système est caractérisé par deux atomes de carbone placés aux deux bords contrairement aux cas a, b et d et en plus il n’y a qu’une seule liaison C-C dans ce système. On tient à préciser que le moment magnétique dans un système est inversement proportionnel à la longueur de liaison et plus la longueur de liaison diminue, plus le couplage ferromagnétique diminue et le moment aussi. Dans la structure (c), voit que le manque de liaison C-C fait diminuer la longueur moyenne et augmenter le couplage ferromagnétique, ce qui conduit à la diminution du moment magnétique cette structure. On peut clairement voir d’après les quatre systèmes que l’atome de carbone placé au bord donne lieu à un moment magnétique plus élevé que l’atome de Bore placé au bord. Dans le cas (d) le moment est relativement faible par rapport au cas (c) car dans la configuration (d), il y a le maximum de liaison C-C avec des longueurs nettement plus faibles conduisant à la diminution du moment total et du moment atomique au bord. Finalement, on peut constater que le moment magnétique des nano rubans de carbone est supérieur à celui des nano rubans de carbone dopé avec le Bore. L’augmentation du moment magnétique est due aux atomes de carbone placés aux bords du nano ruban en compétition avec le couplage ferromagnétique C-C.Dans la deuxième partie du travail, concernant les nano rubans de carbone dopés avec l’azote, la seule structure qui possède un moment magnétique est la structure (a). Cette structure est tridimensionnelle dans le sens où elle possède une dimension non nulle suivant la direction oz. Les structures b,c et d sont non magnétiques. Les structures a et b ont un comportement métallique, par contre, les structures c et d, ont un comportement semi-conducteur avec des gaps respectivement de 0.04 eV et 0.2 eV. La structure la plus stable est la structure (d) avec une énergie de cohésion de 92.79 eV. La stabilité de cette structure peut être expliquée par l’énergie de liaison C-C qui est plus élevée que celle de la liaison C-N. Le moment magnétique élevé dans la première structure est due principalement au caractère tridimensionnelle de sa géométrie qui conduit à la localisation des orbitales moléculaire autour des atomes qui se rapproche du magnétisme atomique. A travers l’étude de ces quatre géométries avec différents dopage, on conclue qu’il est possible d’obtenir avec un dopage bien choisi, des nano rubans de carbone dopés avec l’azote qui auront un comportement semi-conducteur. Contrairement aux nano rubans de carbone pure de type zigzag où il est impossible de trouver ce caractère semi-conducteur quel que soit la taille du nano ruban. La troisième partie des calculs, traite les nano rubans de carbone dopés avec l’azote et le bore. Sur les cinq structures étudiées, on trouve une multitude de propriétés électroniques différentes. En effet, deux structures métalliques, deux structures semi-conductrices et une structure avec un gap

nul semblable à celui qui caractérise le graphène. Toutes les structures ne sont pas magnétiques et la structure la plus stable est semi-conductrice. A travers tous les résultats trouvés avec les trois types de dopage, on conclut que le type de dopage affecte considérablement les propriétés électroniques et magnétiques des nano rubans.