Ecole Doctorale

Physique et Sciences de la Matière

Spécialité

PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : MATIERE CONDENSEE et NANOSCIENCES

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

polymère zwitterionic quinone,métal de transition,calculs ab-initio,DFT+U,

Keywords

zwitterionic quinone polymer,transition metal,ab-initio calculations,DFT+U,

Titre de thèse

Propriétés électroniques et magnétiques des chaînes polymères exploitant la réactivité de la quinone zwitterionique avec des atomes de métal de transition
Electronic and Magnetic Properties of Polymer Chains Exploiting the Reactivity of Zwitterionic Quinone with Transition Metal Atoms

Date

Jeudi 10 Octobre 2019 à 14:00

Adresse

La Faculté de St Jérôme - 52 Avenue Escadrille Normandie Niemen, 13013 Marseille. salle 7

Jury

Directeur de these M. Roland HAYN Aix Marseille Université
Rapporteur M. Andrés ARNAU Université San Sébastian, Espagne
Rapporteur M. Cyrille BARRETEAU cea
Examinateur Mme Marie-Laure BOCQUET Ecole Normale Supérieure UMR-CNRS
Examinateur M. Mathieu ABEL Aix Marseille Université
Examinateur M. Abdelkader BOUKORTT Université de Mostaganem

Résumé de la thèse

En utilisant le code VASP (Vienne Ab initio Simulation Package), plusieurs calculs de premier principe ont été effectués pour étudier les monocouches métallo-organiques sans et avec substrats métalliques. Les calculs de premiers principes reposent sur la théorie de la fonctionnelle de la densité polarisée en spin (DFT) avec l’approximation en gradient généralisée (SGGA) résolue en spin pour le potentiel d’échange et de corrélation et les pseudo-potentiels d’onde augmentée de projecteur (PAW). En raison des problèmes bien connus du DFT standard dans la description de systèmes fortement corrélés, nous utilisons l’approximation de gradient généralisée avec le terme Hubbard U (SGGA + U) avec traitement explicite de la corrélation d’électrons forts dans la couche d incomplètement remplie des métaux de transition. Nous étudions les polymères de métaux de transition (TM) avec des molécules de quinone zwitterionique (ZQ) sous forme de chaînes unidimensionnelles (1D), d’arrangements bidimensionnels (2D) ou adsorbés sur des substrats métalliques. A partir des calculs ab-initio, nous prévoyons que les chaînes de polymères zwitterioniques quinoïdales Fe-ZQ sont des composés à jonction de spin unidimensionnels. Les calculs déterminent les positions atomiques, les couplages magnétiques et la structure électronique. Nous étudions la structure électronique et magnétique d'un arrangement bidimensionnel (2D) récemment synthétisé de chaînes de polymères basées sur des atomes de Fe et des quinones zwitterioniques sur différents substrats métalliques (Au(110), Ag(111), Cu(110) et Cu(111)). L’adsorption des atomes de Fe et de la quinone zwitterionique sur les surfaces a été étudiée via SGGA+U et la chaîne polymère isolée, l’arrangement 2D et les polymères adsorbés ont été calculés. De plus, toutes les séries de chaînes 3d TM-ZQ ont été étudiées, ainsi que de nombreuses 4d et 5d TM. Des propriétés prometteuses montrent également une chaîne de ZQ avec Fe et V qui s’alternent.

Thesis resume

Using the VASP code (Vienna Ab initio Simulation Package) several first principle calculations have been performed to study metal-organic monolayers as free-standing layers and on metallic substrates. The first principles calculations are based on spin-polarized density functional theory (DFT) with the spin-resolved Generalized Gradient Approximation (SGGA) for the exchange and correlation potential and the Projector Augmented Wave (PAW) pseudopotentials. Due to the well-known problems of standard DFT in describing strongly correlated systems, we use the spin-polarized Gradient Approximation with Hubbard term U (SGGA+U) with an explicit treatment of the strong electron correlation in the incompletely filled d-shell of the transition metal ions. We study polymers of transition metals (TM) with zwitterionic quinone (ZQ) molecules as one dimensional (1D) chains, two-dimensional (2D) arrangements, or adsorbed on metallic substrates. From the ab-initio calculations, we predict the Fe-ZQ zwitterionic quinoidal polymer chains to be one-dimensional spin cross-over compounds. The calculations determine the atomic positions, the magnetic couplings, and the electronic structure. We investigate the electronic and magnetic structure of a recently synthesized two-dimensional (2D) arrangement of polymer chains based on Fe atoms and zwitterionic quinone on different metallic substrates (Au(110), Ag(111), Cu(110) and Cu(111)). The adsorption of the Fe atoms and zwitterionic quinone on the surfaces was studied via SGGA+U and the free-standing isolated polymer chain, the 2D arrangement and the adsorbed polymers have been calculated. Furthermore, all the series of 3d TM-ZQ chains has been studied, as well as many 4d and 5d TM. Promising properties show also alternating chains of FeV-ZQ.