Structure électronique de nanotubules carbonés

This work presents theoretical investigations on carbon nanotubes and specially the electronic structure properties of carbon nanotubes induced by the deformation of graphene and the transition process metal-semiconductor. The tight-binding method in the graphene model is applied to carbon nanotubes taking into account the deformation potential characterizing the conformal transformation of graphene to tubules. Bnad energies are plotted along allowed one-dimensional directions satisfying the boundary conditions and the energy gap values are evaluated. These values vary in function of the tubule's radius and tend to zero when the radius is important. It has been found that there are still two classes of nanotubes : semiconductors showing small or large band gaps depending on the conformation of the tubules. Our study is limited to single-shell nanotubes, this is the limitation of the graphene model. It is not adapted to multishell nanotubes. Our method gives results in good agreement with experimental values. Future prospects are given in the general conclusions of this thesisLe travail présenté dans ce mémoire est une étude théorique sur la structure électronique de nanotubules carbones. L'objectif est de comprendre les modifications induites par la déformation d'un plan de graphène en un tubule (cylindre) et les conséquences qu'induit cette transformation conforme sur les propriétés électroniques. Nous étudions le processus de passage d'un métal à un semiconducteur. A partir du modèle du graphène, en ajoutant un potentiel approprié de déformation à l'hamiltonien graphitique, nous avons appliqué la méthode des liaisons fortes aux nanotubes. Suivant les directions unidimensionnelles permises par la condition aux limites, nous avons pu tracer les bandes d'énergie des nanotubes et évaluer les valeurs des gaps créés suite à cette déformation. Ces gaps varient en fonction des rayons des tubules, et tendent vers zéro quand le rayon du cylindre est grand. Nous avons donc montré que suite à cette perturbation, subie par les électrons de liaison carbone-carbone du plan de graphène lors de l'enroulement, ce système métallique passe à un système semiconducteur à gap faible ou moyen. Notre étude n'a pu être appliquée qu'aux nanotubes à paroi unique : le modèle dérivé de celui du graphène ne permet pas l'étude de la structure électronique des nanotubes à parois multiples ou de multicouches. La validité de notre méthode théorique est confortée par le fait que nos résultats sont en bon accord avec ceux donnés par des mesures expérimentales. Des perspectives pour l'avenir sont regroupées dans la conclusion générale de cette thès