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        LPCM Laboratoire de Physique Computationnelle des Matériaux            

Défauts Lacunaires et Substitutionnels (DLS)

Les cristaux réels ne sont jamais parfaits: ils contiennent toujours une densité considérable de défauts qui affectent leurs propriétés physiques, mécaniques et électroniques. L'existence de défauts joue également un rôle important dans divers processus technologiques et de phénomènes. Il convient de noter que les défauts ne sont pas nécessairement des effets néfastes sur les propriétés des matériaux. Il ya beaucoup de situations dans lesquelles un contrôle judicieux des types et quantités de défauts peut apporter des caractéristiques spécifiques souhaitées dans un système. En fait, la manipulation de défaut est en train de devenir une activité importante.

L'étude des défauts ponctuels est importante car toutes les propriétés d'un matériau sont dépendantes de la présence de ces défauts : propriétés mécaniques, propriétés vibratoires, propriétés de transport atomique et surtout les propriétés électroniques et magnétiques. Nous ne considérerons que l'influence des défauts ponctuels sur les propriétés électroniques et magnétiques et sur les propriétés de transport atomique qui sont au centre de l'intérêt présenté par les semi-conducteurs. Les propriétés électroniques se déduisent, au moins en principe, de la structure électronique. La spintronique devrait à terme révolutionner les technologies à la base de nouveaux dispositifs dans lesquels l’information est codée par l’orientation spécifique des spins des porteurs d’où les propriétés magnétiques se présentent comme un facteur déterminant dans ce domaine. Les propriétés de transport atomique sont également importantes puisqu'elles donnent lieu aux phénomènes de diffusion, de dopage et donc à la réalisation de dispositifs utilisant les propriétés électroniques.

Le suivi des défauts est un problème crucial pour le bon fonctionnement des dispositifs électroniques. En effet, la présence non maîtrisée des différentes espèces chimiques vient rajouter des états électroniques non désirés à l’intérieur de la bande interdite, perturbant par là-même les caractéristiques électriques du dispositif. Toutefois, les défauts ne sont pas toujours nuisibles et lorsque leurs concentrations et leurs positions sont maîtrisées, on peut les utiliser pour obtenir différentes caractéristiques électriques ou chimiques. Ces deux aspects font jouer un rôle clef à la compréhension des mécanismes liés aux défauts, qu’ils soient ponctuels ou étendus; intrinsèques ou extrinsèques.

Les objectifs de cette recherche sont :

  • Nous nous interrogerons sur les valeurs des grandeurs pertinentes et la compréhension des effets des défauts dans ces dispositifs qui représentent une alternative d’avenir prometteuse.
  • Nous souhaitons montrer la complémentarité du calcul ab initio. En effet, les phénomènes électriques et structuraux observés sur des semi-conducteurs dont les dimensions sont celles du micromètre, sont la résultante de processus à l’échelle atomique. Or les calculs menés à cette échelle, aussi riches en informations soient-ils, ne permettent pas de remonter directement à des grandeurs plus macroscopiques. Cet objectif, nécessite un couplage avec d’autres méthodes traitant de différentes échelles.
  • Identifier les défauts et leur géométrie d’équilibre afin de calculer certaines de leurs caractéristiques comme l’énergie de formation. Elle permettra d’obtenir des informations sur la concentration thermique des défauts suivis.  Nous étudierons en détail les défauts lacunaires, interstitiels et concertés dans les semi-conducteurs. Nous discuterons également des problèmes numériques posés par ces systèmes.