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• W596278520 abstract "Dans cette these, je me suis interesse a la description ab initio du processus de generation de seconde harmonique (SHG), qui est une propriete optique non-lineaire des materiaux, et je me suis concentre sur les systemes quantiques confines, a base de silicium. Ces dernieres annees, les etudes ab initio ont suscite un grand interet pour l'interpretation et la prevision des proprietes des materiaux. Il est indispensable d'ameliorer la connaissance des processus non-lineaires et de proposer une description de SHG, a partir des premiers principes. En raison de difficultes importantes, la description de l'optique non lineaire n'a pas encore atteint la precision des phenomenes lineaires. L'etat de l'art des calculs ab initio SHG est represente par l'inclusion des effets a plusieurs corps comme les champs locaux (LF) et l'interaction electron-trou, mais aujourd'hui, l'approche la plus utilisee est l'approximation de particules independantes (IPA), la seule en mesure d'aborder les calculs de structures complexes, tels que des surfaces et des interfaces. Alors que IPA peut etre une bonne approximation pour les systemes massifs, dans des materiaux discontinus d'autres effets peuvent etre predominants. L'objectif de ma these est de donner une analyse du processus de SHG dans des systemes complexes comme les interfaces et les systemes confines a base de silicium, d'inferer de nouvelles connaissances sur le mecanisme physique mis en jeu et son lien avec la nature du systeme. J'utilise un formalisme fonde sur la theorie de la fonctionnelle de la densite dependant du temps (TDDFT) ou les effets a plusieurs corps sont inclus par un choix approprie des noyaux de la TDDFT. Le formalisme et le code ont ete developpes au cours de mon travail, permettant l'etude de materiaux complexes. Mes recherches ont porte sur l'etude de l'interface Si (111)/CaF2 (de type B,T4). Des etudes de convergence montrent l'importance du materiau semi-conducteur par rapport a l'isolant. La reponse est caracteristique d'une region profonde au-dela de l'interface Si, alors que CaF2 converge rapidement juste apres l'interface. La reponse montre une sensibilite aux modifications electroniques, induites dans des etats bien en-dessous de l'interface, et non a la structure ionique du silicium, qui retrouve rapidement la configuration du materiau massif. Une procedure de normalisation pour comparer avec l'experience a ete proposee. Les spectres de SHG ont ete calcules en IPA, et en introduisant les interactions de champs locaux et excitoniques. De nouveaux comportements ont ete observes par rapport aux processus SHG dans GaAs ou SiC, montrant l'importance des effets de champ locaux cristallins. Alors que IPA decrit la position des pics principaux de SHG et que les effets excitoniques modifient legerement l'intensite totale, seuls les champs locaux reproduisent la forme spectrale et les intensites relatives des pics. Cela souligne combien les effets des differents acteurs dans le processus dependent de la nature des materiaux. De nouvelles methodes d'analyse de la reponse ont ete proposees: en effet, le lien direct entre la position des pics et les energies de transition est perdu dans les calculs de SHG : le signal provient d'une equation de Dyson du second ordre ou les fonctions de reponse lineaires et non-lineaire pour des frequences differentes sont melangees. En outre, la complexite du materiau m'a permis d'obtenir des informations sur une grande variete de systemes comme les multicouches et les couches de silicium confinees. Les resultats montrent un bon accord avec l'experience, confirmant la structure de l'interface proposee. Cela souligne la precision du formalisme, la possibilite d'ameliorer nos connaissances sur ces materiaux complexes. Les simulations ab-initio de SHG peuvent etre utilisees comme une technique predictive, pour soutenir et guider les experiences et les developpements technologiques. Les resultats preliminaires sur les structures Si/Ge sont presentes." @default.
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