Etude par DFT d’une transition de phase induite par pression dans le silicium.

Abstract

Une 1èretransition de phase du silicium s’effectue à une certaine pression, ou il passe d’une phase diamant et d’un état de semi-conducteur, vers une phase dite βtin en devenant métallique. On utilise la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) pour essayer dereproduire théoriquement ce changement de phase, la pression de transition et différentes propriétés à savoir : les propriétés structurale, élastiques, thermodynamiques et électroniques du silicium sous pression hydrostatique, tout ça en employant la GGA-PBE, la GGA-PW91 et la LDA-PZ comme fonctionnelles d’échange et de corrélations. La valeur expérimentale de la pression de transition étant comprise entre 11,3 et 12,6 GPa, les trois fonctionnelles donnent des valeurs sous-estimées de la pression de transition avec la fonctionnelle GGA-PW91 donnant la valeur de 11GPa, qui est la valeur la plus proche de l’expérience. Nos calculs reproduisent les mêmes tendances espérées en DFT pour les différentes propriétés étudiées, et nous avons pu observer le passage du silicium de l’état semi-conducteur vers l’état métallique a la pression de transition. En faisant l’étude des propriétés sous pression, nous constatons qu’au voisinage de 18GPa la maille de la phase βtin était très instable mécaniquement faisant apparaitre des fluctuations dans les modules élastiques ceci étant surement dû à l’apparition d’autres phases.