Etude ab-initio des propriétés électroniques et optiques des monocouches de silicane et germanane.

Abstract

Depuis la célèbre découverte du graphène en 2004, une large gamme de matériaux bidimensionnels (2D) a été découverte par la suite. Cette catégorie des matériaux possède des propriétés physiques et chimiques n'existant pas dans l'état massif due à l'anisotropie cristalline et à l'effet de confinement quantique. Parmi les matériaux 2D ayant attiré l'intention de la communauté scientifique on trouve les monocouches du germanene et silicene. Ces derniers sont similaires au graphene à cause de la similitude de plusieurs de leurs propriétés physiques et chimiques. Cependant, ces matériaux souffrent de l'absence de gap, ce qui limite leurs applications en optoélectronique et incite à la recherche d'autres alternatifs. Dans le cadre de notre thèse, nous avons étudié théoriquement, par voie ab-initio dans le cadre de la théorie de la fonctionnel de la densité (DFT) et de la théorie des perturbations à plusieurs corps (MBPT), les structures électroniques des monocouches de germanane et de silicane dans un champ électrique uniforme hors plan. Nos résultats montrent que même si les structures de bande des deux monocouches soient affectées par le champ électrique, la largeur de la bande interdite ne peut pas être réduite à zéro. De plus, les excitons se révèlent robustes sous l'effet de champs électriques, de sorte que les décalages de Stark pour le pic fondamental de l'exciton ne sont que de l'ordre de quelques meV pour des champs de 1 V/Å . Le champ électrique n'a pas non plus d'effet significatif sur la distribution de probabilité des électrons, car la dissociation de l'exciton en paires électrontrou libres n'est pas été observée même à des champs électriques élevés. L'effet Franz-Keldysh est également étudié dans les monocouches de germanane et de silicane. Nous avons constaté qu'en raison de l'effet d’écrantage, le champ externe est empêché d'induire une absorption dans le la région spectrale au dessous du gap et seules les caractéristiques spectrales oscillatoires au-dessus du gap sont autorisées. On peut bénéficier d'une telle caractéristique où l'absorption près du bord de la bande n'est pas altérée par la présence d'un champ électrique, d'autant plus que ces matériaux présentent des pics excitoniques dans la région du visible.