Etude ab initio des propriétés structurales, électroniques et supraconductrices des clathrates de silicium et de carbone dopés

par Damien Connétable

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Xavier Blase.

Soutenue en 2003

à Lyon 1 .

mots clés

• Clathrates

Résumé

Les clathrates de silicium sont des matériaux cages composés de polyèdres de type fullerène (Sin n=20, 24, 28) partageant leurs faces. Comme dans le diamant, les atomes de silicium du réseau sont en configuration sp3, mais les clathrates se singularisent radicalement par la possibilité d'un fort dopage qui est autorisée par la structure cage. Je présente une analyse des propriétés structurales et électroniques des clathrates de silicium dopés, et montre, en particulier, que le dopage conduit à des matériaux semi-conducteurs avec un gap direct dans le visible. Je discute ensuite de leurs propriétés supraconductrices. Le calcul ab initio en termes de couplage électron-phonon dans l'approche BCS-McMillan m'a permis de reproduire les données expérimentales (lamda,mu* et Tc). Je montre enfin que, pour les clathrates de carbone, (lambda) est supérieur à celui rencontré dans les fullerènes. L'hybridation sp3 est donc bien plus favorable que l'environnement sp2 pour la supraconductivité.

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