Effets des correlations sur les proprietes electroniques et optiques des semiconducteurs et isolants

Ce travail de these porte sur le calcul ab-initio des excitations electroniques dans les semiconducteurs et les isolants. Dans un premier temps, une approche basee sur le formalisme d'une methode de calcul de structure electronique all-electron (paw) a ete developpee pour calculer les energies des quasiparticules dans l'approximation gw introduite par hedin. Dans cette approximation, la self-energie s'ecrit comme le produit de la fonction de green a une particule g et de l'interaction dynamiquement ecrantee w calculee dans l'approximation de la phase aleatoire (rpa). Partant d'un calcul de l'etat fondamental dans l'approximation de la densite locale (lda), les valeurs propres lda sont corrigees en traitant la difference entre la self-energie et le potentiel d'echange-correlation comme une perturbation. Les energies des quasiparticules obtenues sont generalement en bon accord avec les experiences de photoemission et dependent peu du schema utilise pour decoupler les electrons de coeur et de valence ou encore du modele de plasmons-poles utilise pour reproduire la dependance en frequence de l'interaction dynamiquement ecrantee w. Les spectres de quasiparticules sont alors utilises pour calculer la partie imaginaire de la fonction dielectrique macroscopique incluant les effets de champs locaux et les effets excitoniques (attraction electron-trou). L'approche standard pour inclure les effets excitoniques dans le calcul de la fonction dielectrique consiste a resoudre l'equation dite de bethe-salpeter. Cette approche a ete appliquee a differents semiconducteurs (si, inp, gaas, alas, mg 2si et mg 2ge) et isolants (c, lif, licl, nacl et kcl) et il a ete montre qu'il etait crucial d'inclure l'attraction electron-trou afin d'obtenir des spectres calcules en bonne adequation avec les spectres optiques experimentaux.