Polygones dans les borures et les borocarbures de métaux : Relation entre arrangements structuraux, comptes électroniques et propriétés physiques

Abstract

Ce manuscrit, divisé en deux parties, rapporte les principaux résultats issus de l’étude théorique de borures et borocarbures ternaires de terres-rares et de métaux de transition au moyen des calculs quantiques basés sur les méthodes de Hückel étendue et de la fonctionnelle de la densité.

La première partie est consacrée à l’étude de borures de métaux de transition et de terres-rares. Le premier chapitre est une introduction à la chimie des borures. Le second porte sur l’analyse de la structure électronique des borures ternaires de terres-rares de type MM’B4. Les calculs quantiques ont permis de mettre en évidence les similarités et différences entre les structures électroniques dans ces composés. Un caractère semi-conducteur est attendu pour YCrB4 alors que ThMoB4 devrait être métallique. Un caractère de conducteur métallique est également observé pour les deux composés TmAlB4 et LuAlB4 dans le type-α (YCrB4) et le type-β (ThMoB4), en accord avec les résultats expérimentaux. Le troisième chapitre a trait à l’étude des borures ternaires de type M2M’B6 : Y2ReB6, Lu2ReB6, Lu2FeB6 et Lu2AlB6 l’analyse théorique a permis notamment de montrer que les liaisons dans le réseau d’atomes de bore sont optimales pour le compte électronique expérimental.

La deuxième partie est dédiée au borocarbures de terres-rares. Le premier chapitre est une introduction à la chimie des borocarbures. Le second chapitre est consacré à l’étude de la structure électronique d’un borocarbure ternaire, ScB2C2, qui présente un réseau de bore et de carbone isostructural au réseau de bore de YCrB4. L’étude théorique du sous-réseau bore/carbone a permis de montrer que le coloring expérimental est le plus stable, quelle que soit sa charge électronique.

This manuscript, divided into two parts, reports the main results from the theoretical study of rare earth and transition metal ternary borides and borocarbides by means of quantum calculations based on the extended Hückel methods and the functional density. The first part is devoted to the study of borides of transition metals and rare earths. The first chapter is an introduction to the chemistry of borides. The second chapter concerns the analysis of the electronic structure of the rare earth ternary borides of type MM'B4. The quantum calculations made it possible to highlight the similarities and differences between the electronic structures in these compounds. A semiconductor character is expected for YCrB4 while ThMoB4 should be metallic. The first chapter is an introduction to the chemistry of borides. The second concerns the analysis of the electronic structure of the rare earth ternary borides of type MM'B4. The quantum calculations made it possible in evidence the similarities and differences between the electronic structures in these compounds. A semiconductor character is expected for YCrB4 while ThMoB4 should be metallic. A metallic conductor character is also observed for the two compounds TmAlB4 and LuAlB4 in the α-type (YCrB4) and the β-type (ThMoB4), in agreement with the experimental results. The third chapter concerns the study of the ternary borides of type M2M'B6: Y2ReB6, Lu2ReB6, Lu2FeB6 and Lu2AlB6 the theoretical analysis made it possible especially to show that the bonds in the network of boron atoms are optimal for the account Experimental electronics. The second part is devoted to borocarbides of rare earths. The first chapter is an introduction to the chemistry of borocarbides. The second chapter is devoted to the study of the electronic structure of a ternary borocarbies ScB2C2, which presents a network of boron and isostructural carbon to the boron network of YCrB4. The theoretical study of the boron / carbon sub-network has shown that experimental coloring is the most stable, regardless of its electronic charge.