Abstract:
Le graphene est un matériau constitué d’un plan unique d’atome de carbone organisé dans
un réseau hexagonal nid d’abeilles. Cette épaisseur égale au diamètre d’un atome de carbone
confère à matériau des propriétés uniques, ce qui explique l’intérêt de notre recherche.
Dans ce travail nous avons calculé les propriétés structurales et électroniques du graphite
mais aussi celles du graphene et de ses bicouches. La méthode adoptée pour effectuer nos
calculs est une approche ab-initio basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT)
combinée avec celle des pseudos potentiels, comme implémentée dans le code Quantum
Espresso. Pour traiter l’interaction de van der Waals, nous avons utilisé la correction semi
empirique Grimme appelée DFT-D3.
Notre travail et divisée en deux partie. Au départ nous avons cherché les paramètres de
simulation tels que le rayon de coupure et le maillage des points K. Par la suite, nous avons
réalisé un fichier d’entrée pour la relaxation de la structure et le calcul calculé les propriétés
structurales et électroniques.
Les résultats obtenus par les structures montrant que les bicouches ont conservé la symétrie
hexagonale des monocouches. Nous avons remarqué que nos résultats sont en accord avec les
résultats existant dans la littérature. Nous avons également trouvé que parmi les différentes
configurations d’empilement possibles, la configuration AB est la plus stable et que
l’empilement AA est une structure métastable.
Les calculs de la densité partielle des états électroniques montrent que les bords de bandes
de valence et de conduction sont contribués par les orbitales p de carbone. Nous avons trouvé
que contrairement à la monocouche de graphene qui a un caractère semi-métallique, les
bicouches de graphene montrent un caractère semi-conducteur à gap direct. La largueur du
gap est de quelques meV et dépend fortement du type d’empilement.
La possibilité d’ouvrir un gap dans le graphene par empilement vertical de deux feuillets de
graphene ouvre des perspectives d’application inédites en électronique et en optoélectronique.
