des bicouches du nitrure de bore. Etude Ab-initio des propriétés électroniques

Abstract

L’objectif visé dans ce travail est d’étudier l’effet ou l’impact des différents empilements sur les propriétés électroniques et structurales du nitrure de bore hexagonal. Pour ce faire, nous avons utilisé la méthode de calcul ab-initio, celle-ci est basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) combinée avec la méthode des ondes planes (PW) en conjonction avec les pseudo-potentiels à norme conservée. Le traitement de la dispersion des liaisons des van der Waals est effectué par les deux corrections DFT-D3 et TS implémentée dans le code calcul QUANTUM ESPRESSO. Le nitrure de bore est un composé de formule chimique BN, formé d'un nombre égal d'atomes de bore et d'atomes d'azote, des atomes qui encadrent le carbone dans le tableau périodique, on le qualifie d'isoélectronique du carbone. Le nitrure de bore existe sous plusieurs formes parmi eux on distingue le nitrure de bore hexagonal (de type graphite), aussi surnommée « graphite blanc ». Ce dernier est un très bon isolant qui possède des propriétés lubrifiantes supérieures à celles du graphite à haute température. Nous avons trouvé qu'il existe cinq configurations d’empilements possibles pour les bicouches de hBN, AA', AA, AB, AB' et AB. La configuration la plus stable énergétiquement (énergie totale très bas) et alors thermodynamiquement la plus stable est la configuration AB. Les calculs des propriétés électroniques basés sur les structures des bandes d'énergie montrent que les bicouches AA et AB’ ont des gaps directs localisés au point K. Les autres configurations (AA’, AB et A’B) sont des semi-conducteurs à gap indirects situés aux points de haute symétrie K et M. On note que la largeur du gap ne change pas beaucoup avec le type d’empilement ce qui signifie que ce dernier à une grande influence sur la nature du gap et non pas la largeur du gap. Pour avoir un aperçu sur la nature des bandes au voisinage des bords de bandes, nous avons calculé les densités d'états partielles. Nous avons trouvé que le maximum de bande de valence est contribué par les orbitales p des atomes B et N, alors que le minimum de la bande de conduction est contribué par les orbitales p de l’atome B. Les transitions électroniques à ce niveau (DFT) correspondent à l'absorption de la lumière dans le domaine visibles, ceci montre bien que les bicouches de hBN, sont des bons candidats pour les application électronique (les diodes, les circuits logiques, les senseurs ...) et les applications optoélectroniques comme les panneaux photovoltaïque, les transistors à effet du champ, et d'autres applications industrielles par exemples les lubrifiants.