Analyse de premiers principes du transport des porteurs et des propriétés vibrationnelles dans les chalcogénures de métaux de transition structurés en pyrite

Cette thèse présente une étude détaillée des premiers principes des propriétés de transport thermoélectrique de chalcogénures de métaux de transition sélectionnes cristallisant dans la structure de la pyrite. Ces matériaux sont d’un grand intérêt en raison de leur abondance sur terre, de leur stabilité chimique et de leur potentiel prometteur d’appli-cation dans les technologies de conversion et de stockage de l’énergie, telles que la thermoélectricité, la photovoltaïque, la catalyse et les batteries.Les chapitres 1 et 2 posent les bases en introduisant les concepts fondamentaux de la thermoélectricité, en donnant un aperçu des matériaux à base de structure pyriteuse et en décrivant les méthodes de calcul utilisées. Cette base soutient l’analyse détaillée des propriétés électroniques et de transport dans les chapitres suivants. Le chapitre 3 étudie l’évolution de la structure électronique du Co1−xFexS2 avec l’augmentation de la teneur en Fe. Malgré des variations entre les fonctionnelles d’échange-corrélation, une tendance cohérente à l’élargissement des bandes de conduction à spins minoritaires les plus basses et une réduction de l’échange-séparation sont observées à me-sure que la composition s’approche du FeS2 stœchiométrique. Ces résultats, ainsi que les preuves spectroscopiques de photo émission montrant des états de spins minoritaires occupes au niveau de Fermi dans le CoS2 pur, confirment la présence d’états de spins minoritaires dans toute la série, ce qui contredit les prédictions théoriques antérieures. Le chapitre 4, motivé par des divergences dans la puissance thermique à température ambiante rapportée dans le FeS2auto-dopé et dopé au Co, analyse le FeS2 dopé aux électrons en utilisant la substitution explicite du Co, le dopage jellium et le décalage du niveau de Fermi dans l’approximation de la bande rigide. Le chapitre 5 étend cette analyse au dopage par trous, en incorporant la diffusion électron-phonon. Dans les deux cas, les performances thermoélectriques prévues indiquent qu’il est peu probable que le FeS2 dope serve de matériau thermoélectrique efficace.Enfin, le chapitre 6 présente une étude comparative du transport thermique de deux pyrites isoélectriques, FeS2 etRuS2. RuS2 présente une conductivité thermique du réseau à température ambiante plus faible, attribuée à des vitesses de phonon réduites dues à des atomes de Ru plus lourds et à une diffusion de phonon anharmonique plus importante. Ces résultats soulignent l’influence de la masse atomique et de l'harmonicité sur le transport thermique dans les systèmes de pyrite.