Étude ab_initio des propriétés structurales, élastiques et électroniques de l’oxyde de magnésium MgO
Loading...
Files
Date
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Université Sétif 1 Ferhat Abbas. Faculté des Science
Abstract
This thesis is devoted to the systematic study of the structural, elastic, and electronic properties of magnesium oxide (MgO) under hydrostatic pressure. Ab initio calculations were performed using the full-potential linearized augmented plane wave (FP-LAPW) method implemented in the WIEN2k code, based on density functional theory (DFT). The GGA-PBE approximations and the mBJ potential were used for exchange and correlation. The first chapter introduces general principles, the crystal structure, and applications of MgO. The second chapter details the theoretical foundations of DFT and the formalism of the FP-LAPW method. The third chapter presents and discusses the numerical results obtained. Structural analysis confirms that phase B1 (NaCl) is the most stable at ambient pressure (a0 = 4.258 Å, B0 = 148.3 GPa), in excellent agreement with experimental results, while the phase transition from structure B1 to
B2 (CsCl) is predicted at approximately 511 GPa. Mechanically, the elastic constants C11, C12, and C44 increase under stress, confirming the stiffening of the material, and highlight a change in anisotropy at 20 GPa. Electronically, MgO exhibits a direct energy gap at 0 GPa. The GGA functional underestimates this gap (4.47 eV), while the mBJ correction significantly improves it (6.56 eV). Under pressure, this gap widens, and a transition to an indirect gap is predicted at approximately 195 GPa
Description
تُكرَّس هذه الأطروحة للدراسة المنهجية للخواص البنيوية والمرنة والإلكترونية لأكسيد المغنيسيوم (MgO) تحت ضغط هيدروستاتيكي. أُجريت حسابات مبدئية باستخدام طريقة الموجة المستوية المعززة الخطية ذات الجهد الكامل (FP-LAPW) لمُطبَّقة في برنامج WIEN2k ، والمستندة إلى نظرية الكثافة الوظيفية (DFT). استُخدمت تقريبات GGA-PBE وجهد mBJ للتبادل والترابط. يُقدِّم الفصل الأول المبادئ العامة، والبنية البلورية، وتطبيقات أكسيد المغنيسيوم. يُفصِّل الفصل الثاني الأسس النظرية لنظرية الكثافة الوظيفية (DFT) وصيغة طريقة الموجة المستوية المعززة الخطية ذات الجهد الكامل (FP-LAPW). يعرض الفصل الثالث النتائج العددية المُتحصَّل عليها ويناقشها. يؤكد التحليل البنيوي أن الطور B1 (كلوريد الصوديوم) هو الأكثر استقرارًا عند الضغط الجوي (a0 = 4.258 Å، B0 = 148.3 جيجا باسكال(، وهو ما يتوافق تمامًا مع النتائج التجريبية، بينما يُتوقع حدوث تحول طوري من البنية B1 إلى B2 (كلوريد السيزيوم) عند حوالي 511 جيجا باسكال. ميكانيكيًا، تزداد ثوابت المرونة C11 وC12 و C44 تحت تأثير الإجهاد، مما يؤكد تصلب المادة، ويُبرز تغيرًا في الخواص المتباينة عند 20 جيجا باسكال. إلكترونيًا، يُظهر أكسيد المغنيسيوم فجوة طاقة مباشرة عند 0 جيجا باسكال. يُقلل دالة GGA من قيمة هذه الفجوة (4.47 إلكترون فولت)، بينما يُحسّنها تصحيح mBJ بشكل ملحوظ (6.56 إلكترون فولت). تحت الضغط،
