Etude ab-initio des propriétés électroniques, magnétiques et vibrationnelles des héterostructures de Van der Waals.

Abstract

Dans cette thèse, nous avons effectué deux études sur deux types différents d’hétérostructures de van der Waals au moyen de calculs ab-initio, basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Dans la première étude nous avons exploré les propriétés structurales et vibrationnelles des hétérobicouches de van der Waals de dichalcogénures de métaux de transition WSe2/MoSe2 et de leurs constituants monocouches WSe2 et MoSe2. Nous avons montré que la combinaison de ces systèmes pour former des hétérostructures de van der Waals a non seulement préservé les caractéristiques intrinsèques des constituants isolés mais elle a aussi donné naissance à de nouvelles propriétés qui ne sont pas présentes dans les matériaux constitutifs. En effet, nos calculs ont démontré l’existence de modes de cisaillement et de respiration intercouches qui n'ont pas d'équivalents dans les monocouches. Ces modes de vibration inhabituels, qui sont extrêmement sensibles aux faibles forces de van der Waals, pourraient être utilisés pour la caractérisation des propriétés optiques de ce type de matériaux. La seconde étude se veut une exploration approfondie des propriétés électroniques et magnétiques d'hétérobicouches de van der Waals d'oxychlorures de vanadium et de fer, VOCl et FeOCl, deux oxydes graphitiques stables dans l'air avec différents types d'ordre antiferromagnétique à l'état massif : les monocouches de VOCl sont ferromagnétiques (FM) alors que les monocouches de FeOCl sont antiferromagnétiques (AFM). Nous avons calculé l'anisotropie magnétique et nous avons proposé un modèle de l'Hamiltonien de spin. Nos calculs ont montré que le couplage entre les couches est faible et que, par conséquent, l'ordre magnétique de chaque monocouche est préservé dans l'hétérocouche. Ainsi, l'hétérocouche combine des ordres antiferromagnétiques et ferromagnétiques. L'échange entre les couches devrait conduire à la fois à une polarisation d'échange et à l'émergence de modes collectifs hybrides qui combinent les magnons FM et AFM. La bande d'énergie de l'hétérocouche montre un alignement de bande de type II, et présente un dédoublement de spin des états de la couche AFM dû à la rupture de la symétrie d'inversion.