The advances in techniques for the isolation and synthesis of two-dimensional materials have opened new paths for the investigation of novel physical phenomena and properties, with great potential for technological innovation. In this context, transition metal dichalcogenides form a prominent class of compounds, due to their unique electronic and optical properties. This thesis aims to contribute to the understanding of the physical properties of two-dimensional transition metal dichalcogenides, studying a wide variety of systems by means of calculations based on density functional theory and time-dependent density functional theory combined with molecular dynamics. The analysis of relative phase stability in MoSe₂ showed that the Peierls transition mechanism leads to the stabilization of the distorted octahedral phase, and a phase preference transition induced by the nanoflakes sizes was demonstrated. By investigating two-dimensional materials based on dichalcogenides of transition metals of groups 8 to 11, it was found that weak interlayer binding, typical of two-dimensional materials, occurs in the systems with transition metals of groups 8 and 10, whereas a strong contribution of chemical bonds was observed in the remaining materials. The identified semiconductor monolayers also have transition metals from groups 8 and 10, and the chemical trends of band offsets could be explained and employed with Anderson´s rule to predict junction types of heterobilayers. With the examples of the heterobilayers of MQ₂ (M = Mo, Ni, Pt; Q = S, Se), it was found that although interlayer binding is dominated by weak interactions, interlayer coupling can significantly influence band gaps beyond the approximation of Anderson´s rule. Two mechanisms are crucial for these effects, namely, the interlayer hybridization of electron states and the formation of electric dipole at the interface, which was explained by a simple physical model. In the MoS₂/PtSe₂ heterobilayer, it was observed that a photoexcitation across the band gap of MoS₂ generates electron transfer to the PtSe₂ layer at a faster rate than hole transfer, leading to an effective charge separation, despite the type-I band alignment. Both carriers transfers are influenced by the level crossings induced by the interfacial dipole caused by the imbalance in charge transfer.

Os avanços nas técnicas de isolamento e síntese de materiais bidimensionais abriram novos caminhos para a investigação de novos fenômenos e propriedades físicas, com grande potencial para inovações tecnológicas. Nesse contexto, dicalcogenetos de metais de transição formam uma classe proeminente de compostos, devido às suas propriedades eletrônicas e ópticas únicas. Essa tese visa contribuir com o entendimento das propriedades físicas de dicalcogenetos de metais de transição, estudando uma ampla variedade de sistemas por meio de cálculos com base na teoria do funcional da densidade e teoria do funcional da densidade dependente do tempo combinada com dinâmica molecular. A análise da estabilidade relativa das fases em MoSe₂ mostrou que o mecanismo de transição de Peierls leva à estabilização da fase octaédrica distorcida, e uma transição de preferência de fase induzida pelos tamanhos de nanoflocos foi demonstrada. Pela investigação de materiais bidimensionais com base em dicalcogenetos dos metais de transição dos grupos 8 a 11, foi encontrado que a fraca interação entre camadas, típica de materiais bidimensionais, ocorre em sistemas com metais de transição dos grupos 8 e 10, enquanto uma grande contribuição de ligações químicas foi observada nos demais materiais. As monocamadas semicondutoras identificadas também possuem metais de transição dos grupos 8 e 10, e as tendências químicas de deslocamentos de bandas puderam ser explicadas e utilizadas com a regra de Anderson para prever tipos de junções em heterobicamadas. Com os exemplos das heterobicamadas de MQ₂ (M = Mo, Ni, Pt; Q = S, Se), foi encontrado que embora a ligação entre camadas seja dominada por interações fracas, o acoplamento entre camadas pode influenciar singnificativamente o band gap além da aproximação da regra de Anderson. Dois mecanismos são cruciais para esses efeitos, especificamente, hibridizações de estados eletrônicos entre camadas e a formação de dipolo elétrico na interface, que foi explicada por um modelo físico simples. Na heterobicamada MoS₂/PtSe₂ , foi observado que uma fotoexcitação no band gap de MoS₂ gera transferência de elétrons para PtSe₂ em uma taxa mais rápida que a transferência de buracos, levando a uma separação efetiva de carga, apesar do alinhamento tipo-I. As transferências dos dois portadores são influenciadas por cruzamentos de níveis induzidos pelo dipolo interfacial causado pela desigualdade na transferência de carga.