The lattice dynamics of lead chalcogenides

Dynamique du réseau cristallin des chalcogénures de plomb Nous présentons ici les dispersions de phonons calculées de manière Ab-initio pour les trois chalcogénures de plomb PbS, PbSe et PbTe. Les branches acoustiques obtenues sont en très bon accord avec les expériences d'IXS ("Inelastic Neutron Scattering" - spectroscopie par diffraction inélastique de neutrons). La chaleur spécifique calculée concorde elle aussi avec les résultats expérimentaux. Enfin, le minimum particulièrement marqué de la branche optique transverse (TO) en Gamma induit par la quasi-ferroélectricité est reproduit de manière qualitative. Par ailleurs, nous observons dans nos calculs une chute prononcée sur la branche optique longitudinale (LO) en Gamma. Par le passé, cette baisse était associée à l'écrantage du champ électrique (associé au mode LO) par des porteurs libres suite à la présence d'impuretés. Mais nos calculs montrent que cela persiste même dans le cas de cristaux parfaits de chalcogénures de plomb. Nous expliquons cette chute comme une "quasi-Anomalie de Kohn" associée au faible gap électronique au point de haute symétrie L. Nous montrons que ce gap peut être réduit à zéro à la suite d'une compression de 1.8% de la constante de maille du cristal.Dans ce cas, les bandes de conduction et de valence montrent un croisement linéaire, les modes TO et LO en Gamma sont dégénérés, et une Anomalie de Kohn très forte apparaît sur le mode LO. Nos travaux apportent par ailleurs un support théorique pour l'interprétation des spectres Raman en fonction du diamètre des nanocristaux de séléniure de plomb (PbSe). En effet,le pic Raman de premier ordre se situe aux alentours de 136 cm-1 (et le pic de second ordre est situé au double de cette fréquence). Ils se décalent vers le haut avec la réduction du diamètre du nanocristal. Nous interprétons ce comportement inhabituel comme un confinement quantique du phonon optique longitudinal (LO). Cette hypothèse est validée par les calculs ab-initio des phonons de films de PbSe, avec une épaisseur allant jusqu'à 15 couches. Ces calculs tiennent compte des effets causés par l'environnement diélectrique. Le mode LO orienté perpendiculairement aux films est en effet décalé vers le haut en fréquences lorsque l'épaisseur des couches se réduit.Notre travail propose un point de départ à l'investigation du couplage électron-phonon dans le matériau massif et dans les nanocristaux de chalcogénures de plomb. Ceci pourra contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes d'absorption de photons et à l'utilisation de ces matériaux pour les dispositifs d'émission et d'absorption de lumière.