Forte anharmonicité dans les spectres de phonon de PbTe et SnTe évaluée par l'approximation harmonique stochastique et auto-cohérente

Strong anharmonicity in the phonon spectra of PbTe and SnTe evaluated via the stochastic self-consistent harmonic approximation.

• Auteur / Autrice : Guilherme Almeida Silva Ribeiro
• Direction : Matteo Calandra
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 05/12/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Massimiliano Marangolo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthieu Verstraete, Lorenzo Paulatto
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Hebert, Natalio Mingo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transitions de phases

Thermoélectricité

Phonons

Mots clés libres

Phonons

Anharmonicité

Thermoélectricité

Transition de phase

Énergie libre

Dynamique des réseaux cristallins

Phonons

Anharmonicity

Thermoelectrics

Résumé

A température ambiante, le PbTe et le SnTe sont des thermoélectriques efficaces avec une structure cubique. À basse température, le SnTe subit une transition ferroélectrique avec une température critique qui varie fortement en fonction de la concentration en trou, tandis que le PbTe commence seulement à exhiber des effets de ferroélectricité. En utilisant l’approximation harmonique stochastique et auto-cohérente, dans cette thèse nous étudions les spectres des phonons anharmoniques et la transition ferroélectrique dans les deux systèmes. On trouve que les spectres vibrationnels dépendent fortement de l’approximation utilisée pour la fonctionnelle d’échange et corrélation dans la théorie de la fonctionnelle de densité. Si les corrections de gradient de la densité et le volume théorique sont employés, alors le calcul de l’énergie libre conduit à des spectres de phonons en bon accord avec les données expérimentales pour les deux systèmes. Dans le cas du PbTe, nous reproduisons les satellites des phonons optiques-transverses détectés dans les expériences de diffusion inélastiques des neutrons ainsi que le croisement entre les modes optiques- transverses et les modes acoustiques-longitudinaux au long de la direction gamma-x. Dans le cas de SnTe, nous décrivons la transition ferroélectrique à partir de la structure fm3m à haute température vers la structure r3m à basse température.

At room temperature, PbTe and SnTe are efficient thermoelectrics with a cubic structure. At low temperature, snte undergoes a ferroelectric transition with a critical temperature strongly dependent on the hole concentration, while PbTe is an incipient ferroelectric. In this thesis by using the stochastic self-consistent harmonic approximation, we investigate the anharmonic phonon spectra and the occurrence of a ferroelectric transition in both systems. We find that vibrational spectra strongly depends on the approximation used for the exchange-correlation kernel in density functional theory. If gradient corrections and the theoretical volume are employed, then the calculation of the free energy hessian leads to phonon spectra in good agreement with experimental data for both systems. In PbTe, we reproduce the transverse optical mode phonon satellite detected in inelastic neutron scattering and the crossing between the transverse optical and the longitudinal acoustic modes along the gamma-x direction. In the case of SnTe, we describe the occurrence of a ferroelectric transition from the high temperature fm3m Structure to the low temperature r3m one.