Étude des propriétés physico-chimiques des nanostructures de phosphore dopées aux métaux de transition

Abstract

Dans ce mémoire purement théorique nous avons étudies les propriétés physico-chimiques des nanostructures des clusters de phosphore purs et dopés aux métaux de transition exactement dopés par un atome de niobium de taille allant de 2 à 14 atomes dans le cadre d'étude théorique porté sur les différentes approximations de l'équation de Schr?dinger à N particules en interactions dont la solution impossible à résoudre, ensuite nous avons déterminer les approximations de Born-Oppenheimer, Hartree, Hartree-Fock .Nous avons aussi présenté l'approche et la formulation de la théorie de la fonctionnelle de densité DFT les différentes fonctionnelles d'échange et de corrélation ont été bien définies telles que : les deux approximations la densité locale LDA et le gradient généralisé GGA et les fonctions hybrides. L'optimisation de la géométrie a été effectué grâce à la méthode du gradient généralisé, intégrée dans le code SIESTA. Notre étude est composée en deux partie. Dans la première partie nous avons déterminé les structures géométriques les plus stables de phosphore pur et les structures géométriques les plus stables et leurs isomères pour le phosphore dopé par un atome de niobium après avoir fixé quelques paramètres importants. L'étude géométrique des clusters montre que les structures les plus stables sont ceux qui ont des énergies de cohésion plus élevée. Nous avons consacré la plus grande partie de notre travail à l'étude des clusters NbPn n=1-14 pour lequel nous avons déterminé les structures géométriques. Nous avons montré que le dopage par l'atome de niobium introduit des modifications notables sur les structures géométriques des clusters de phosphore pur. Nous avons remarqué que l'atome de niobium s'aborde au centre des clusters Pn. Et la stabilité des clusters dépend de l'énergie de cohésion, nombre de liaison avec l'atome de niobium et de la symétrie. Dans la seconde partie nous avons étudié l'évolution des propriétés électroniques et magnétiques des clusters les plus stables pour les clusters Pn+1 et NbPn en fonction de leurs tailles. L'étude des propriétés électroniques a été réalisée via la détermination de l'énergie de cohésion du gap HOMO-LUMO. L'énergie de cohésion du phosphore dopé par un atome de niobium est généralement plus élevée que celle du phosphore pur. Ce qui signifie que l'atome de niobium contribue à améliorer considérablement la stabilité de phosphore pur. L'évolution du gap HOMO-LUMO pour les deux espèces Pn+1 et NbPn nous permis d'identifier les structures moins réactives et celles présentant un caractère métallique. Cette étude nous a démontré que les valeurs du gap HOMO-LUMO du phosphore pur généralement supérieures à celles du phosphore dopé. L'évolution des propriétés magnétiques à été observé pour les deux clusters Pn+1 et NbPn cette étude faite sur la base du moment magnétique total de spin. L'analyse a montré que le moment magnétique des clusters de phosphore purs adopte un comportement oscillatoire alterné avec des valeurs du moment magnétique total des deux clusters étudies varie entre 0 ???? et 1 ???? selon le nombre d'atomes dans le cluster (pair ou impair Finalement nous avons étudié les densités d'états partielles des clusters : P2, P3, NbP1, NbP2 et NbP5 Comme perspective à notre travail de recherche, nous projectons de pousser davantage sur une étude géométrique des clusters montre que les plus stable sont ceux qui ont des énergies de cohésion plus élevée et le dopage par un atome de niobium introduit des modifications notable sur les structures géométriques des clusters de phosphores pur.L'énergie de cohésion de phosphore dopé par un atome de niobium contribue à améliorer considérablement la stabilité de phosphore pur.