Etude théorique des propriétés structurales, électroniques et optiques du CuO-ZnO

Abstract

Ce travail présente une étude théorique des propriétés physiques : structurales, électroniques et optiques du composite CuO-ZnO et cela les en comparent aux propriétés de l'oxyde de zinc ZnO et l'oxyde de cuivre (CuO et Cu2O) pris séparément. Les calculs ont été réalisés à l’aide du code CASTEP, en employant la méthode des ondes planes (PW) en combinaison avec l’approche du pseudopotentiels (PP). Pour décrire les effets d’échange et de corrélation, l’approximation du gradient généralisé (GGA-PBE) a été principalement utilisée. Afin de corriger la sous-estimation du gap énergétique caractéristique de GGA-PBE, la correction de Hubbard (GGA+U) a été appliquée. L’optimisation géométrique a permis de confirmer que l’introduction du cuivre dans le réseau cristallin du ZnO ne provoque pas de distorsion significative. L’analyse de la structure de bande, effectuée à l’aide de la méthode GGA+U, montre que l’incorporation du cuivre induit une réduction significative de la bande interdite. Le gap électronique passe ainsi de 3,43 eV pour le ZnO pur à 1,447 eV, 2,21 eV et 1,48 eV respectivement pour les structures 1, 2 et 3 choisit dans le travail. Ces valeurs sont cohérentes avec les mesures expérimentales, qui situent généralement le gap du composite entre 1 et 2,5 eV. Nous observons également que l’ajout du cuivre induit un déplacement du seuil d’absorption vers des longueurs d’onde plus élevées (red-shift), ce qui correspond à une absorption dans des plages d’énergie plus faibles (domaine du visible).