Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - Campus de Marcoussis
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Groupe d’Optique des nanoStructures Semiconductrices > Hétérostructures pour la détection infrarouge
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L'étude d'objets de taille nanométrique demande le développement d'outils théoriques dédiés : quand la taille diminue, les variations rapides de la composition chimique et des contraintes jouent un rôle de plus en plus important dans la détermination des propriétés structurales et électroniques. Les modèles de continuum comme la théorie classique de l'élasticité ou la description des états électroniques en termes de fonctions enveloppes deviennent insuffisamment précises et perdent diverses particularités associées aux symétries locales. La mise en œuvre d'approches computationnelles modélisant les nanostructures au niveau atomistique devient essentielle non seulement pour la précision quantitative, mais aussi pour la compréhension qualitative de résultats expérimentaux. Inversement, il arrive que des problématiques émergeant de l'activité expérimentale en nanosciences remettent en cause des idées reçues et donnent ainsi une forte impulsion à des travaux théoriques. Du point de vue de la théorie, les nanosciences forment un terrain de jeu nouveau et pluridisciplinaire où les approches ab initio , les méthodes atomistiques à paramètres empiriques et les théories de continuum sont en constante interaction et s'enrichissent mutuellement. L'activité Théorie/Modélisation de LPN-GOSS est focalisée sur la théorie des liaisons fortes à base étendue sp3d5s*, qui est particulièrement bien adaptée à nos projets. Cette méthode permet de reproduire les différentes échelles d'énergie de la structure de bandes (depuis l'échelle sub-meV correspondant aux splittings de spin jusqu'aux quantités intégrées sur une dizaine d'eV comme la fonction diélectrique) en utilisant un jeu de paramètres universels et transférables. Notre travail est basé sur une coopération étroite à l'intérieur d'une équipe délocalisée formée avec Mikhail Nestoklon (Ioffe Institut RAS), Jean-Marc Jancu (FOTON, INSA Rennes) et Paul Voisin (LPN-CNRS). Nous développons un code de modélisation très général, et capable de résoudre des objets (ou supercellules ) jusqu'à plusieurs centaines de millers d'atomes. Les sujets auxquels nous nous intéressons actuellement concernent notamment la théorie des images STM d'impuretés sub-surface, les propriétés électroniques des alliages dilués (nitrures dilués, alliages semimagnétiques comme GaMnAs), les propriétés de spin de divers matériaux et hétérostructures, ainsi que le problème méthodologique qu'est la détermination de la fonction d'onde locale dans la théorie des liaisons fortes.

Figure: Calcul en liaisons fortes de l'interaction d'échange pour l'état d'accepteur neutre associé à un atome de Manganèse dans GaAs. La section de la fonction d'onde dans le plan (110) contenant l'impureté est montrée pour différentes orientations du spin du Manganèse, de la direction [001] (à gauche) à la direction [1-10] (à droite)
(M. Nestoklon et al. 2011).

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 Voisin Paul  (+33) 1 69 63 61 93  

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Thèse


  • Fonction d’onde locale dans la théorie des liaisons fortes

  • R. Ben Chamekh-(2008-12-01 / 2011-11-30)
    Contact : D. Mailly , P. Voisin
    Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)


    En savoir plus
    Le modèle de laisons fortes à base étendue spds* est sans doute la meilleure représentation des états à une particule dasn les semiconducteurs massifs ou nanostructurés, mais d’un point de vue théorique, la méthode souffre de l’absence de connaissance des dépendances spatiales des fonctions de base, ce qui gène ou empèche le calcul des interactions entre quasi-particules. Dans sa thèse, Ramzi Benchamekh part d’un jeu d’orbitales de Slater, qui dépendent de paramètres d’écrantage arbitraires. Il orthogonalise ces fonctions d’essai et optimise les paramètres d’écrantage de façon à reproduire les éléments de matrice optique entre les différentes bandes, à divers points de la zone de Brillouin. Les fonctions de Bloch qu’il obtient sont en excellent accord avec les résultats des calculs ab initio.
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