Etude théorique sur des monocouches de type graphène ZnO : structurelles et optoélectroniques

Abstract

Le mémoire rendu s’inscrit dans une cadre d’une étude théorique des propriétés structurales, électroniques et optiques de l’oxyde de zinc (ZnO), notamment en tant que matériau bidimensionnel analogue au graphène. En effet, le ZnO, semi-conducteur à large bande interdite, est un matériau prometteur pour de nombreuses applications technologiques : optoélectronique, capteurs, cellules photovoltaïques, photocatalyse, etc. La première partie présente les propriétés fondamentales du ZnO, ses structures cristallines (Wurtzite, Zinc-Blende et Rocksalt) et ses nanostructures. La seconde partie est destinée à exposer les fondements de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et les méthodes de calcul étudiées ici, en particulier la méthode FP-LAPW du code WIEN2k. La troisième partie est destinée à la présentation des résultats des calculs ab initio réalisés. Comme le montrent les résultats obtenus à l’aide de l’approximation GGA et du potentiel mBJ, les bandes électroniques et les propriétés optiques sont décrites avec précision. En définitive, les résultats obtenus confirment que la structure graphénique du ZnO représente un matériau ayant un fort potentiel pour les technologies futures grâce à ses propriétés bidimensionnelles remarquables ==================================================================================================== This study falls within the framework of a theoretical investigation into the structural, electronic, and optical properties of zinc oxide (ZnO), particularly in its two-dimensional form analogous to graphene. ZnO, a wide band gap semiconductor, is a promising material for numerous technological applications such as optoelectronics, sensing, photovoltaics, and photocatalysis. The first part of the work introduces the fundamental properties of ZnO, including its crystalline structures (Wurtzite, Zinc-Blende, and Rocksalt) and its various nanostructures. The second part focuses on the theoretical foundations of Density Functional Theory (DFT) and the computational methods applied in this study, with special emphasis on the FP-LAPW method implemented in the WIEN2k code. The third part presents the results obtained from ab initio calculations. As demonstrated through the use of the GGA approximation and the modified Becke-Johnson (mBJ) potential, the electronic band structure and optical properties are accurately described. Ultimately, the findings confirm that the graphene-ZnO structure is a highly promising material for future technologies thanks to its remarkable two-dimensional characteristics.