La question cruciale dans l'exploration du stockage ultime à haute densité est l'anisotropie magnéto-cristalline (MCA) qui provient du couplage spin-orbite. Utilisant à la fois la méthode des liaisons fortes et les calculs « premiers principes », nous calculons la MCA de nanocristaux de fer et de cobalt qui peuvent être obtenus par croissance épitaxiale sur un substrat SrTiO3 avec un contrôle remarquable de leur taille, forme et structure. Afin de définir une décomposition locale appropriée de la MCA, nous avons implémenté le « Théorème de Force » à l'aide d'une formulation grand-canonique dans le code QUANTUM ESPRESSO ainsi que dans notre modèle de liaisons fortes. Il est intéressant de noter que pour les deux éléments, la MCA totale de nanocristaux isolés est largement dominée par les facettes (001) dont il résulte un comportement opposé: une anisotropie « hors-plan » pour les nanocristaux (contenant plusieurs centaines d'atomes) de fer et « dans le plan » pour ceux de cobalt. Nous avons également mis en évidence un fort renforcement de la MCA pour les petits clusters (contenant quelques atomes seulement) déposés sur un substrat SrTiO3. En conséquence, nous prévoyons que les nanocristaux de fer (même de très petite taille) devraient être magnétiquement plus stables et sont donc de bons candidats potentiels pour le stockage magnétique. Enfin, notre analyse MCA résolu en orbitales s'applique également à d'autres système et permet, par exemple, de prédire le comportement de la MCA de films minces magnétiques après déposition de matériaux organiques comme le graphène ou de molécules tel C60. / The crucial issue in exploring ultimate density data storage is magneto-crystalline anisotropy (MCA) which originates from spin-orbit coupling. Using both tight-binding and first-principles methods, we report the MCA of Fe and Co nanocrystals that can be grown epitaxially on SrTiO3 with a remarkable control of their size, shape and structure. In order to define the proper local decomposition of MCA, we implemented the “Force Theorem” within the grand-canonical formulation in QUANTUM ESPRESSO as well as in our tight-binding model. Interestingly, for both elements, the total MCA of free nanocrystals is largely dominated by (001) facets resulting in the opposite behavior: out-of-plane and in-plane magnetization direction is favored in Fe and Co nanocrystals (containing up to several hundred atoms), respectively. We also find a strong enhancement of MCA for small clusters (containing only several atoms) upon their deposition on a SrTiO3 substrate. As a consequence, we predict that the Fe nanocrystals (even rather small) should be magnetically stable and are thus good potential candidates for magnetic storage devices. Finally, our rather general orbital-resolved analysis of MCA applies also to other systems and allows, for example, predicting the MCA behavior of magnetic thin films upon covering by various organic materials such as graphene or C60 molecule.

La transition de phase isostructurale du cérium a été et reste l'objet de nombreuses études pour tester les méthodes permettant de décrire les matériaux fortement corrélés.La Théorie du Champ Moyen Dynamique (DMFT) jointe à la Théorie de la fonctionnelle de la densité à permis de décrire de tels systèmes.Pourtant, le calcul des propriétés de l'état fondamental nécessite une très bonne précision de calcul à la fois de la part de la DFT et de la DMFT.Nous utilisons un résolveur Monte Carlo Quantique en Temps Continu (CT-QMC), rapide et capable de simuler les basses températures, combiné à une implantation ondes planes augmentées par projection de la DMFT pour calculer les énergies internes et libres -- et par conséquent l'entropie -- au cours de la transition de phase du cérium.D'importants calculs, utilisant cette implantation, nous ont permis de reconsidérer les propriétés de l'état fondamental et une grande partie de la thermodynamique de la transition de phase α<->γ du cérium à basses températures.En particulier, le bruit stochastique est suffisamment faible pour interpréter, sans ambiguïté, les courbes énergie en fonction du volume.Sur ces dernières, un double point d'inflexion est clairement visible pour l'énergie interne jusqu'à une température relativement basse.Les courbes d'énergie libre mettent, de plus, en évidence l'importance de l'entropie pour ce système.D'autre part, les spectres de photoemission tout au long de la transition de phase sont analysés.Le schéma DMFT est comparé avec des calculs DFT récents et des données expérimentales récentes.Enfin, nous mettons en avant les approximations utilisées et nous nous interrogeons sur leurs validité.

Au cours de cette thèse on étude deux des plus populaires systèmes de nano-échelle, nano fil et points quantiques (quantum dots), dans le cadre d'une approximation basé sur des premiers principes. Afin d'atteindre cet objectif, nous avons utilisé et développé des théories plus sophistiquées qui nous ont permis d'avoir un meilleur aperçu de la façon dont les systèmes se comportent. Un aspect commun qui limite ces deux types de systèmes (nano fil et points quantiques) est la souplesse de contrôler les propriétés électroniques et optiques. Cette accordabilité des propriétés électroniques et optiques les dote d'un grand intérêt technologique, et elle est la raison de sa popularité / In this thesis we studied two of the most popular nano-scale systems, nano-wires and quantum dots, via a first-principles approach. In order to achieve this objective we have used and developed state-of-the-art theories that allowed us to have a greater insight into the the way this systems behave. One common aspect that bounds this two class of systems (nano-wires and quantum dots) is the flexibility to control their electronic and optical properties. This tunability of their electronic and optical properties, endows them of great technological interest, and is the reason behind their popularity

Cette dissertation rend compte de la théorie des premiers principes de la connaissance de Thomas Reid (1710-1796), plus particulièrement, de la théorie des premiers principes de la philosophie de l'esprit, de la morale et de la politique. Dans le premier chapitre, je discute des engagements fondationnalistes de Reid dans la philosophie de l'esprit, de la morale et de la politique. Je soutiens qu'il est clairement un fondationnaliste en ce qui concerne la connaissance spéculative et morale, mais qu’il n'est pas clair qu’il conserve les engagements fondationnalistes en matière de savoir politique - les premiers principes de la politique ne sont pas des croyances évidentes en soi : ils ne sont pas justifiés depuis le début de la recherche. Par conséquent, ils n'ont pas ce qu'il faut pour être une croyance fondamentale dans une vision fondationnaliste de la structure de la connaissance. Dans le deuxième chapitre, je discute la compréhension de Reid des sources de la connaissance, à savoir, le sens commun et la connaissance de l'humanité. Je soutiens que si la philosophie de l'esprit et de la morale repose sur les premiers principes du sens commun (croyances immédiates et irrésistibles dues à la constitution originelle de l'esprit), la politique repose sur les premiers principes de la connaissance de l'humanité (croyances dues à un mélange de la sagacité et de l'expérience du philosophe politique qui vit parmi les êtres humains dans une société politique). Dans le troisième chapitre, j'essaie d'expliquer la compréhension de Reid des premiers principes de la philosophie de l'esprit, de la morale et de la politique. Je m’efforce de répondre à ces questions : Qu'est-ce qu'un principe premier de la connaissance ? Comment expliquer la distinction entre les principes des vérités contingentes et les principes des vérités nécessaires ? Quelles sont les moyens que nous avons pour identifier les premiers principes de la connaissance ? Le quatrième et dernier chapitre est entièrement consacré à la discussion du sens commun. Plus particulièrement, je discute la manière dont Reid défend les premiers principes du sens commun contre l'attaque sceptique. / This thesis aims to discuss Thomas Reid’s (1710-1796) theory of the first principles of knowledge, more particularly, the first principles of philosophy of mind, morals and politics. In the first chapter, I discuss Reid’s foundationalist commitments in philosophy of mind, morals and politics. I argue that he is clearly a foundationalist about speculative and moral knowledge, but it is not clear if he keeps foundationalist commitments with regard to political knowledge – the first principles of politics are not self-evident beliefs: they are not justified from the start and, therefore, they do not have what is needed for being basic beliefs in a foundationalist view of the structure of knowledge. In the second chapter, I discuss Reid’s understanding of the sources of speculative, moral and political knowledge, namely, common sense and knowledge of mankind. I argue that while philosophy of mind and morals are based upon the first principles of common sense – immediate and irresistible beliefs due to the original constitution of mind, politics is based upon first principles of the knowledge of mankind – beliefs that are due to a mixture of the sagacity and the experience of the political scientist who lives among other human beings in a political society. In the third chapter, I try to explain Reid’s comprehension on the first principles of philosophy of mind, morals and politics. I try to explain what a first principle of knowledge is, how to understand the distinction between the principles of contingent and necessary truths and what the means we have to identify the first principles of knowledge are. The fourth and last chapter is entirely dedicated to common sense. More particularly, I discuss how Reid defends the first principles of common sense from the skeptical attack.

Afin de pouvoir utiliser les nouveaux matériaux semi-conducteurs dans les domaines de l’électronique et de l’optique, il faut parvenir à comprendre leur «structure électronique», ou plus précisément le positionnement des niveaux d’énergie des électrons impliqués dans l’absorption / émission d’un photon. Les propriétés électroniques, sensibles à la composition chimique et à la structure du matériau, sont théoriquement accessibles en résolvant les équations de la mécanique quantique sur ordinateur. Ce travail porte sur des simulations théoriques de la structure électronique de semi-conducteurs binaires constitués d'indium (ou du gallium) et de sélénium, ainsi que de leurs "dérivés" à base de cuivre. La stabilité relative des phases cristallographiques de certains composés In-Se et Ga-Se a été évaluée, ce qui a permis d’expliquer certaines tendances connues et de formuler des prédictions. Les résultats obtenus seront particulièrement utiles dans le domaine du photovoltaïque. Les simulations numériques ont été réalisées dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), visant les structures cristallines d'équilibre et les propriétés électroniques de quelques semi-conducteurs binaires ou (pseudo)ternaires à base de Cu, In, Ga et Se. Les systèmes étudiés possèdent la même structure à courte portée (environnement tétraédrique des cations et anions) mais diffèrent à longue portée. Les composés binaires (Ga/In)Se, (Ga/In)2Se3 constituent des références importantes dans les diagrammes de phases des systèmes à base de (Cu, In, Se) et (Cu, Ga, Se), au sein desquels figurent les phases potentiellement utiles dans le domaine du photovoltaïque. Le travail comprend deux chapitres d'introduction et trois chapitres exposant des résultats nouveaux / In order to optimally use new semiconductor materials in electronics or optics, one needs to understand their “electronic structure”, that is, the mutual placement of the electron energy levels concerned by the processes of absorption / emission of a photon. The electronic properties, which depend on the material’s chemical composition and crystal structure, may be assessed by theory via solving quantum-mechanical equations on a computer. The present work deals with theory simulations of electronic structure done for several binary semiconductors consisting of indium (or gallium) and selenium, moreover for their “derivatives” containing copper. As a result, the relative stability of crystallographic phases of some Ga-Se and In-Se compounds has been assessed, explaining the known trends and making predictions. The results are expected to be useful for current works in photovoltaics. The numerical simulations have been performed within the density functional theory (DFT), aimed at the equilibrium crystal structures and electronic characteristics of several binary or (pseudo)ternary semiconductors based on Cu, In, Ga and Se. The compounds under study share similar short-range order features (tetrahedral environment of both cations and anions), differently assembled on a long-range scale. The binary compounds (Ga/In)Se, (Ga/In)2Se3 mark important end points at the phase diagrams of the (Cu,In,Se) and (Cu,Ga,Se) systems that cover a number of phases relevant, e.g., for applications in photovoltaics. The work comprises two chapters of introduction and three outlining novel results

Ces dernières années, les oxydes de métaux de transition ont suscité de grands intérêts du point de vue fondamental et technologique. A cet égard, nous nous concentrons sur deux types d'oxydes : le première, le Perovskite double Pb2FeMoO6, avec un potentiel d'application sur des appareils magnétorésistances et spintroniques ; le deuxième, la zircone ZrO2 avec de excellentes propriétés mécaniques et diélectriques pour être utilisée dans les domaines de matériaux structuraux et fonctionnels. Dans la présente étude, nous utilisons la méthode ab-initio (first-principles calculation) pour étudier les détails des orbites décomposés des structures électroniques et des propriétés magnétiques du Pb2FeMoO6 massif de structure parfaite, massif avec des défauts et en structure de plaque. En même temps, les détails des orbites décomposés des structures électroniques, les propriétés mécaniques, dynamiques et diélectriques de six phases de la ZrO2 (cubique, tétragonale, monoclinique, orthorhombique I (Pbca), orthorhombique II (Pnma) et (Pca21)) ont également été étudiés. D'abord nous allons faire les calculs ab-initio sur les propriétés structurales, électroniques et magnétiques de double pérovskite Pb2FeMoO6 massif avec structure parfaite, massif avec défauts et en structure de plaque. La densité des états orbitaux décomposés montre le champ cristallin octaédrique des six atomes d'oxygène autour de métal de transition (des Fe ou des Mo) et divise les cinq états dégénérés des atomes libres de Fe ou Mo dans un états triplement dégénéré t2g (dxy, dyz et dzx) avec une énergie plus faible et dans un états doublement dégénéré eg (dz2 et dx2-y2) avec une énergie plus élevée. La nature semi-métalliques et les propriétés de transport complètes (100%) de spin de polarisation de Pb2FeMoO6 massif et en structures de plaque reflètent un grand potentiel d’application dans les dispositifs magnéto-résistifs et spintroniques. Le caractère semi-métallique est maintenu pour le composé Pb2FeMoO6 désordonné contenant d’antisites Fe(Mo), de lacunes de VFe, VO ou VPb, alors qu'il disparaît quand les antisites Mo(Fe), les échanges entre Fe-Mo ou les lacunes de VMo sont présents même la concentration de défauts est réduite jusqu'à C = 6,25%. Ainsi, les antisites Mo(Fe), les échanges entre Fe-Mo ou les lacunes de VMo doivent être évités afin de préserver le caractère semi-métallique du composé Pb2FeMoO6 et donc être utilisables dans des dispositifs magnéto-résistifs et spintroniques.Ensuite, basé sur la rigidité élastique constantes individuelle calculée Cij de six phases de ZrO2, les propriétés élastiques et mécaniques des agrégats polycristallins ont été prédits. Nous avons donc examiné le caractère isolant de la phase cubique/tétragonale de ZrO2 sous forme film avec différentes combinaisons et différentes épaisseurs possibles dans des plans avec des faibles indices de Miller [(001), (110) et (111)] (pour la phase cubique) et [(001), (100), (110), (101) et (111)] pour la phase tétragonale. Il se trouve que pour les différentes combinaisons et épaisseurs possibles dans ces trois / cinq plans avec faibles indices de Miller, seulement ZrO2-terminé sous forme d’un film orienté dans le plan (110)/(100) et O-terminé sous forme d’un film orienté (111)/(101) des phases cubique/tétragonale de ZrO2 maintiennent le caractère isolant même les épaisseurs d’empilement est réduit jusqu'à deux et trois couches atomiques. Puisque cubique et tétragonale ZrO2 ont grande anisotropie élastique, comme un exemple, le stress et l'énergie de déformation densité ont été calculées pour tous {hkl} -oriented grains d'un film ZrO2 cubique polycristallin. / Transition-metal oxides have attracted exceptional research interest in recent years from both fundamental and technological perspectives. In this respect, we focus on two types of oxides, first, the double perovskite, Pb2FeMoO6 for a potential magnetoresistive and spintronics device application, second, zirconia ZrO2 with great mechanical and dielectric properties can be widely used in both structural and functional material fields. In this thesis we use first-principles calculations (ab-initio) to study systematically the detailed orbital-decomposed electronic structures and magnetic properties of Pb2FeMoO6 in the perfected bulk, defected bulk and slab structures. The detailed orbital-decomposed electronic structures, the mechanical, dynamical and dielectric properties of the ZrO2 in six phases (cubic, tetragonal, monoclinic, orthoI (Pbca), orthoII (Pnma) and (Pca21)) have also been studied.Firstly, considering the comparable ionic radius of Pb2+ (1.49Å) with that of Sr2+ (1.44Å), we propose for the first time to substitute Sr2+ ion with Pb2+ ion in Sr2FeMoO6 and a detailed study has been performed on the Pb2FeMoO6 in the perfected bulk, defected bulk and slab structures. The half-metallic nature and a complete (100%) spin-polarized transport properties reflect the bulk and especially slab Pb2FeMoO6 a potential application in magnetoresistive and spintronics devices; The detailed orbital-decomposed density of states show the octahedral crystal-field of the six oxygen atoms around transition-metal Fe or Mo atoms splits the five-fold degenerate states of the free Fe or Mo atoms into triply degenerate t2g (dxy, dyz and dzx) states with lower energy and doubly degenerate eg (dz2 and dx2-y2) states with higher energy, which cannot be observed in previous partial density of states ( ); The Fe3+ and Mo5+ ions are in the (3d5, s=5/2) and (4d1, s=1/2) states with positive and negative magnetic moments respectively and thus antiferromagnetic coupling via oxygen between them; The half-metallic character is maintained for the disordered Pb2FeMoO6 compounds containing FeMo antisite, VFe, VO, or VPb vacancy, while it vanishes when MoFe antisite, Fe-Mo interchange or VMo vacancy are presented even the defect concentration reduce down to C=6.25%. So the MoFe antisite, Fe-Mo interchange or VMo vacancy defects have to be avoided in order to preserve the half-metallic character of the Pb2FeMoO6 compounds and thus usable in magnetoresistive and spintronics devices.Secondly, based on the calculated individual elastic stiffness constants Cij of six ZrO2 phases, the elastic and mechanical properties of the polycrystalline aggregates have been predicted. We further exam the insulating characters of the cubic/tetragonal ZrO2 slabs with various possible terminations and thicknesses within three [(001), (110) and (111)]/five [(001), (100), (110), (101) and (111)] lower index Miller planes. It is found for the first time that among various possible terminations and thicknesses within these three/five lower index Miller planes, only ZrO2-terminated slabs of the (110)/(100) Miller plane and O-terminated slabs of the (111)/(101) Miller plane of cubic/tetragonal ZrO2 maintain the insulating character and thus usable as a gate dielectric oxide in IC industry even the slab thicknesses reduce down to 2 and 3 atomic layers, respectively; Since cubic and tetragonal ZrO2 have larger elastic anisotropy, both stress and strain energy density have been calculated for all {hkl}-oriented grains of a cubic ZrO2 polycrystalline film as one example.

La transition de phase isostructurale du cérium a été et reste l'objet de nombreuses études pour tester les méthodes permettant de décrire les matériaux fortement corrélés.La Théorie du Champ Moyen Dynamique (DMFT) jointe à la Théorie de la fonctionnelle de la densité à permis de décrire de tels systèmes.Pourtant, le calcul des propriétés de l'état fondamental nécessite une très bonne précision de calcul à la fois de la part de la DFT et de la DMFT.Nous utilisons un résolveur Monte Carlo Quantique en Temps Continu (CT-QMC), rapide et capable de simuler les basses températures, combiné à une implantation ondes planes augmentées par projection de la DMFT pour calculer les énergies internes et libres -- et par conséquent l'entropie -- au cours de la transition de phase du cérium.D'importants calculs, utilisant cette implantation, nous ont permis de reconsidérer les propriétés de l'état fondamental et une grande partie de la thermodynamique de la transition de phase α<->γ du cérium à basses températures.En particulier, le bruit stochastique est suffisamment faible pour interpréter, sans ambiguïté, les courbes énergie en fonction du volume.Sur ces dernières, un double point d'inflexion est clairement visible pour l'énergie interne jusqu'à une température relativement basse.Les courbes d'énergie libre mettent, de plus, en évidence l'importance de l'entropie pour ce système.D'autre part, les spectres de photoemission tout au long de la transition de phase sont analysés.Le schéma DMFT est comparé avec des calculs DFT récents et des données expérimentales récentes.Enfin, nous mettons en avant les approximations utilisées et nous nous interrogeons sur leurs validité. / The isostructural phase transition of cerium has been and remains the aim of many studies in order to test methods developed to describe strongly correlated materials.The Dynamical Mean Field Theory (DMFT) combined with density functional theory (DFT) has been successful to describe such systems.However, the computation of the ground state properties requires a very good accuracy from both DFT and DMFT sides.We use thus a strong coupling Continuous Time Quantum Monte Carlo (CT-QMC) solver, which is fast and able to reach low temperatures, in combination with a projector augmented wave (PAW) DMFT implementation to calculate internls and free energies -- and thus the entropy -- during the phase transition of cerium.Extensive calculations using this implementation allows us to carefully reassess the ground state properties and almost all thermodynamics of the α<->γ phase transition in cerium at low temperatures.In particular, stochastic noise is small enough to avoid any ambiguity on the interpretation of energy versus volume curves.On those curves, a double inflexion point is clearly observable ont the internal energy curves untill a relatively low temperature.Moreover, free energy curves highlight the importance of including the entropy contribution.The DMFT picture is put in perspective with recent DFT calculations and recent experimental investigations.Furthermore, photoemission spectra are analysed while the phase transition.Finaly, we discuss the approximations used and raise curiosity about their consideration.

La phase sigma peut servir de prototype de phases topologiquement compactes, car la phase sigma possède une large gamme d'homogénéité et il existe de nombreuses données expérimentales disponibles pour la phase sigma. Dans le présent travail, les propriétés physiques, comprenant l'ordre atomique, le volume molaire, l'enthalpie de formation et le module d’élasticité isostatique, de la phase sigma binaire ont été étudiées en utilisant les calculs de premiers principes et la méthode CALPHAD combinée aux données expérimentales de la littérature.Tout d'abord, nous avons constaté que l'ordre atomique (c'est-à-dire la distribution du constituant atomique ou la préférence d'occupation du site sur les sites non équivalents d'une structure cristalline) de la phase sigma est affecté par le facteur de taille et la configuration électronique des éléments constitutifs. En outre, nous avons dissocié les effets de ces facteurs d'influence sur l'ordre atomique. Ensuite, nous avons mis en évidence un effet de l'ordre atomique sur l'enthalpie de formation, le module d’élasticité isostatique et le volume molaire. A l'état ordonné à 0K, la phase sigma a une faible enthalpie de formation et un grand module d’élasticité isostatique. L'influence de l'ordre atomique sur le volume molaire de la phase sigma dépend de la configuration électronique des deux éléments constitutifs. Par ailleurs, la base de données des volumes molaires des phases sigma binaires a été construite, ce qui devrait grandement faciliter la conception du matériau. Enfin, nous avons discuté de la prédiction de l'occupation du site de la phase sigma en utilisant la méthode CALPHAD combinée aux calculs de premiers principes. / The sigma phase can serve as a prototype of topologically close-packed (TCP) phases, as the sigma phase bears a broad homogeneity range and there are numerous experimental data available for the sigma phase. In the present work, physical properties, including atomic order, molar volume, enthalpy of formation and bulk modulus, of the binary sigma phase were investigated by using first principles calculations and CALPHAD method combining with the experimental data from the literature. Firstly, we found that the atomic order (i.e. atomic constituent distribution or site occupancy preference on nonequivalent sites of a crystal structure) of the sigma phase is affected by the size factor and electron configuration of the constituent elements. Furthermore, we have dissociated the effect of the individual influencing factor on atomic order. Secondly, the atomic order is found affecting physical properties, such as enthalpy of formation, bulk modulus and molar volume. When in the ordered state at 0K, the sigma phase shows a low enthalpy of formation and a large bulk modulus. The influence of atomic order on the molar volume of the sigma phase depends on the electron configuration of the two constituent elements. Thirdly, the molar volume database of the binary sigma phase has been built up within the CALPHAD framework, which can greatly facilitate material design. Finally, we tentatively discussed the site occupancy prediction of the sigma phase by using the CALPHAD method combined with first-principles calculations.