Dans cette thèse, nous avons étudié les propriétés électroniques de WS2 et WSe2 par µ-PL, spectroscopie Raman, absorption optique inter bande et µ-PL résolue en temps combinées avec des champs magnétiques intenses. Nous montrons que l'émission de l'exciton par rapport au trion dans les monocouches de WS2 et WSe2 est fonction de la puissance du laser utilisé pour l'excitation de la µ-PL. De plus, nous montrons que l'intensité de l'émission du trion peut être contrôlée indépendamment en utilisant une énergie d'excitation plus basse que la bande interdite. Il s'agit d'une preuve du contrôle de la densité de porteurs dans ces systèmes 2D. Nous avons également étudié la diffusion Raman en résonance dans une monocouche de WS2. Nous observons un mode acoustique (2LA), seulement 4cm-1 en-dessous du mode E12g. Nous montrons qu'en fonction du rapport des intensité et la largeur de ligne de chacun de ces deux pics, toute analyse qui néglige la présence de la mode 2LA peut conduire à une estimation incorrecte du nombre de couche. Les propriétés électroniques de chaque vallée d'une monocouche de WSe2 ont été sondées par µ-PL via l'étude de l'émission et de la polarisation des excitons neutres et chargés. Nous montrons que le temps de diffusion de l'exciton entre les vallées de K+ et K- est de l'ordre de plusieurs ps. Enfin, grâce à la magnéto-spectroscopie, nous mettons en évidence différents types de porteurs de charges entre la monocouche et le cristal massif. Nous montrons que dans la monocouche, les porteurs de charge se comportent comme des fermions massifs Dirac, tandis que dans le monocristal de WSe2 nous observons un comportement excitonique, décrit par le modèle de l'atome d'hydrogène / In this thesis, we have studied tungsten dichalcogenides (WS2 and WSe2) by means of steady-state µ-photoluminescence (µ-PL) and Raman spectroscopy, optical interband absorption and time-resolved µ-PL techniques in the visible spectral range combined with high magnetic fields. We demonstrate that the ratio between the trion and exciton emission can be tuned by varying the power of the laser used for excitation of the µ-PL in ungated monolayer WS2 and WSe2 samples. Moreover, the intensity of the trion emission can be independently tuned using additional sub band gap illumination. This is a direct evidence that we can control the density of carriers in a 2D system. We have investigated the resonant Raman scattering in a WS2 monolayer. We observe a second order longitudinal acoustic mode (2LA) at only 4cm-1 below the first order E12g mode. We demonstrate, that depending on the intensity ratio and the respective line widths of these two peaks, any analysis which neglects the presence of the 2LA mode can lead to a potentially incorrect assignment for the number of layers. The valley dynamics in monolayer WSe2 has been probed by monitoring the emission and polarization dynamics of neutral and charged excitons in µ-PL. We demonstrate that the exciton inter valley scattering between the K+ and K- valleys is in the order of several picoseconds. Finally, using magneto-spectroscopy studies, we reveal the very different nature of carriers in monolayer and bulk dichalcogenides. We demonstrate that in monolayer WSe2, the carriers behave as massive Dirac fermions, while in bulk WSe2 we observe a distinctly excitonic behavior which is best described within the hydrogen model

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In this thesis, we have explored the possibilities to realize a Graphene Based Hybrid structures (GBHs) by the functionalization of a graphene layer on both sides. The first chapter gives a general introduction about graphene and a literature review of different metal intercalations on graphene. The second chapter explains the experimental techniques used in this work. In chapter 3, we studied the functionalization of epitaxial graphene on SiC(0001) by gold intercalation. With the help of Scanning Tunneling Microscopy, we have evidenced and characterized different intercalation modes such as the formation of aggregates of individual gold atoms and the formation of a continuous gold layer between the top graphene and the buffer layer. The free standing nature of the intercalated gold atoms was examined by differential charge density plot, projected density of states calculations and further by X-ray photoelectron spectroscopy. The band structure modification of graphene due to these intercalated gold atoms was evidenced by Angle-resolved photoemission spectroscopy, which reveals a strong Van Hove extension and an increase of the Fermi velocity. Extend to this research, to obtain an extended Van Hove singularity usually observed in highly doped graphene; we studied highly electron donor molecules, TetraThioFullvalene (TTF) on pristine and gold intercalated graphene and on graphite (chapter 4). The dependence of charge transfer of these molecules with their conformation and the reactivity of photochromic with conjugated molecules on graphene were also discussed. To understand the structural properties of these molecules photophysical measurements were performed in chapter 5.

Dans cette thèse, nous avons exploré les possibilités de réaliser des structures hybrides à base graphène (GBHS) par la fonctionnalisation bilatérale du graphène. Le premier chapitre donne une introduction générale sur le graphène et sur la littérature concernant les différentes méthodes d’intercalations de métaux dans le graphène. Le chapitre 2 décrit les techniques expérimentales utilisées. Le chapitre 3 concerne la fonctionnalisation du graphène épitaxié sur SiC (0001) par intercalation d'atome d’or. Les différents modes d'intercalation de l’or ont été mis en évidence par microscopie tunnelle (formation d'agrégats d'atomes d'or individuels et formation d'une couche d'or continue). La nature de ces atomes d'or intercalées a été examinée par des calculs d’image de densité de charge, et par Spectroscopie de Photoélectrons X (XPS). La modification de la structure de bande du graphène a aussi été mise en évidence par Spectroscopie de Photoélectrons UV Résolue Angulairement (ARPES) par des expériences sur synchrotron. Ces études ont révélé une forte extension de la singularité de Van Hove et une augmentation de la vitesse de Fermi. Afin d’agir sur cette extension de la singularité de Van Hove, des molécules fortement donneuses d'électrons, telle que la molécule de TetraThioFulvalene (TTF) ont été déposée sur graphène intercalé or et sur graphite (chapitre 4). La dépendance du transfert de charge de ces molécules avec leur conformation et la réactivité photochromique de ces molécules conjuguées sur le graphène ont également été abordés. Pour comprendre les propriétés structurales de ces molécules, des mesures photophysiques ont été effectuées qui apparaissant dans le chapitre 5. / In this thesis, we have explored the possibilities to realize a Graphene Based Hybrid structures (GBHs) by the functionalization of a graphene layer on both sides. The first chapter gives a general introduction about graphene and a literature review of different metal intercalations on graphene. The second chapter explains the experimental techniques used in this work. In chapter 3, we studied the functionalization of epitaxial graphene on SiC(0001) by gold intercalation. With the help of Scanning Tunneling Microscopy, we have evidenced and characterized different intercalation modes such as the formation of aggregates of individual gold atoms and the formation of a continuous gold layer between the top graphene and the buffer layer. The free standing nature of the intercalated gold atoms was examined by differential charge density plot, projected density of states calculations and further by X-ray photoelectron spectroscopy. The band structure modification of graphene due to these intercalated gold atoms was evidenced by Angle-resolved photoemission spectroscopy, which reveals a strong Van Hove extension and an increase of the Fermi velocity. Extend to this research, to obtain an extended Van Hove singularity usually observed in highly doped graphene; we studied highly electron donor molecules, TetraThioFullvalene (TTF) on pristine and gold intercalated graphene and on graphite (chapter 4). The dependence of charge transfer of these molecules with their conformation and the reactivity of photochromic with conjugated molecules on graphene were also discussed. To understand the structural properties of these molecules photophysical measurements were performed in chapter 5.