Etudiant : ESSONNI HAMZA

Filière : Master Physique des Nouveaux Matériaux et Energies Renouvelables (PNOMER)

Encadrant : Pr. AZOUAOUI ABDELOUAHID

Annèe : 2026

Résumé : Ce travail présente une étude ab initio par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) des propriétés structurales, électroniques et vibrationnelles du disulfure de tungstène (WS₂), un matériau bidimensionnel de la famille des dichalcogénures de métaux de transition (TMDC). Les calculs sont réalisés avec la fonctionnelle GGA-PBE, la correction de dispersion DFT-D3 et le code Quantum ESPRESSO, pour trois configurations structurales : bulk, bicouche et monocouche. L'optimisation géométrique conduit à une structure hexagonale stable avec un paramètre de maille a = 3,175 Å, en bon accord avec la littérature. L'analyse de la structure de bandes révèle une évolution remarquable du gap électronique : indirect de 1,06 eV dans le bulk, il s'élargit à 1,47 eV dans la bicouche, puis devient direct de 1,85 eV dans la monocouche au point K de la zone de Brillouin. Cette transition est attribuée à la disparition des interactions intercouches de van der Waals et au confinement quantique hors plan, qui déplacent conjointement le maximum de la bande de valence (VBM) et le minimum de la bande de conduction (CBM) vers le point de haut symétrie K. La densité d'états est dominée par les orbitales W 5d au voisinage du niveau de Fermi dans les trois configurations. Les calculs de phonons confirment la stabilité dynamique complète des trois structures, avec une absence totale de fréquences imaginaires. La monocouche présente 9 branches phononiques, dont 6 modes optique et 3 acoustiques. Ces résultats établissent le WS₂ monocouche comme un semiconducteur 2D à gap direct de référence, aux propriétés optoélectroniques exceptionnelles, ouvrant des perspectives majeures pour les LED ultraminces, les photodétecteurs, le photovoltaïque et la valleytronique. Mots-clés : WS₂, DFT, GGA-PBE, matériaux 2D, gap direct, structure de bandes, phonons, Quantum ESPRESSO.