L’axe « Structure Électronique et Photo-Dynamique des Atomes, Molécules, et Solides » vise à fédérer les activités du laboratoire autour de la description et de la compréhension des différents phénomènes physiques et chimiques impliquant la structure électronique et/ou
induits par l’interaction entre la radiation et la matière. Le regroupement de compétences diverses nous permet d’envisager l’émergence de projets originaux, tant au niveau des développements théoriques et méthodologiques que des applications pour des systèmes isolés ou des solides.
Publications récentes:
Self-Consistent Potential Correction for Charged Periodic Systems
Mauricio Chagas da Silva, Michael Lorke, Bálint Aradi, Meisam Farzalipour Tabriz, Thomas Frauenheim, Angel Rubio, Dario Rocca, and Peter Deák
Physical Reviews Letters (2021) 126, 076401
Structure and Energetics of Dye-Sensitized NiO Interfaces in Water from Ab Initio MD and Large-Scale GW Calculations
Alekos Segalina, Sébastien Lebègue, Dario Rocca, Simone Piccinin, and Mariachiara Pastore
Journal of Chemical Theory and Computation (2021) 17, 5225–5238
Biofuel purification: Coupling experimental and theoretical investigations for efficient separation of phenol from aromatics by zeolites
Ibrahim Khalil, Hicham Jabraoui, Sébastien Lebègue, Won June Kim, Luis-Jacobo Aguilera, Karine Thomas, Françoise Maugé, Michael Badawi
Chemical Engineering Journal (2020) 402, 126264
Adsorption mechanisms of fatty acids on fluorite unraveled by infrared spectroscopy and first-principles calculations
Yann Foucaud, Juliette Lainé, Lev O Filippov, Odile Barrès, Won June Kim, Inna V Filippova, Mariachiara Pastore, Sébastien Lebègue, Michael Badawi
Journal of Colloid and Interface Science (2021) 583, 692-703
Calculating eigenvalues and eigenvectors of parameter-dependent Hamiltonians using an adaptative wave operator method
A. Leclerc; G. Jolicard
The Journal of Chemical Physics (2020) 152, 204107
Probing Electronic Fluxes via Time-Resolved X-Ray Scattering
G. Hermann; V. Pohl, G. Dixit; J.C. Tremblay
Physical Review Letters (2020) 124, 013002
Two-dimensional Sturmian basis set for bound state calculations
J.M. Randazzo; L.U. Ancarani
Advances in Quantum Chemistry (2019) 79, 79-95
Thèmes scientifiques :
Photophysique et photodynamique
Les phénomènes photochimiques et photophysiques, dus à l’absorption de la radiation lumineuse dans les domaines du visible et de l’ultraviolet, sont étudiés à l’aide d’approches statiques et de dynamique non-adiabatique. L’étude des matériaux pour la conversion d’énergie solaire est aussi menée à l’aide d’approches de physique des solides et des méthodes de chimie quantique périodique. Nous développons également, pour ce type de problèmes, des méthodes de dynamique semi-classiques basées sur le saut de surface (« surface hopping ») et la factorisation exacte de la fonction d’onde vibronique.
Méthodes ab initio pour la corrélation électronique
Dans le cadre du théoreme de fluctuation-dissipation, l’énergie de correlation s’écrit :
Approximations pour la fonction de réponse Πα :
- Approximation de la phase aleatoire (RPA)
Des méthodes allant au-delà de la RPA sont obtenues en approximant le kernel d’échange:
- Adiabatic Connection Second Order Screened Exchange (AC-SOSEX)
- Electron-Hole Time-Dependent Hartree-Fock (eh-TDHF)
Ces formalismes permettent de réaliser des calculs d’une grande précision (proche de CCSD(T) pour des dimères et des énergies de réactions).
Applications envisagées:
- Zéolithes.
- Structure des cristaux moléculaires.
- Matériaux lamellaires : graphite etc..
- Etude des états excités dans les cellules solaires à colorant.
Physique des collisions ionisantes et systèmes isolés
Les membres de l’axe s’attachent à développer des méthodes de calcul originales et performantes pour la description de phénomènes fondamentaux d’interaction entre photons ou des particules chargées (en particulier des électrons) avec des atomes ou des molécules isolées. Ils s’intéressent entre autres à la simple ou double ionisation d’atomes ou de molécules de complexité croissante par impact d’électrons ou de photons (photoionisation). Ces différents phénomènes sont principalement décrits par leurs sections efficaces multiplement différentielles, particulièrement utiles dans d’autres sous-domaines de la physique tels que l’astrophysique, la physique des plasmas ou encore la radiobiologie. Les travaux s’étendent également jusqu’à l’étude des résonances de photodissociation moléculaire en champ laser intense, avec des applications aux molécules froides.
Matériaux bidimensionnels
Les matériaux bidimensionnels possèdent des propriétés structurales, électroniques, et optiques particulières à la fois en sciences fondamentales mais aussi en vue d’applications pratiques.
Cette activité comprend par exemple:
Modèles de type liaisons fortes :
- Paramétrisation des modèles sur des données ab-initio.
- Transport électronique.
Structure électronique de nouveaux matériaux 2D : InSe, In2Se3…
- Hétérostructures : propriétés électroniques et optiques, effet de l’écrantage.
- Défauts, fautes d’empilement, Moiré.
Propriétés élastiques du graphite, h-BN etc.. :
- Constantes élastiques au troisième ordre : RPA.
- Dérivation de potentiels d’interaction simplifiés.
Cristallographie quantique
Approche de la “fonction d’onde expérimentale” de Jayatilaka :
- Extension de la méthode à plusieurs déterminants de Slater et à différents sets de données expérimentales comme contraintes externes
- Extraction des effets de corrélation électronique et de polarisations sur la densité électronique (proposition de nouvelles fonctionnelles).
Méthodes quantiques pour affiner les structures cristallographiques de proteines :
- Achèvement des librairies d’orbitales moléculaires extrêmement localisées (ELMOs).
- Développement de méthodes à croissance linéaire exploitant la transférabilité des ELMOs pour l’affinement de structures cristallographiques
Oscillations magnétiques
En présence d’un champ magnétique B incliné de θ par rapport à la surface du conducteur, l’aimantation M ou la conductivité oscillent avec l’inverse de celui-ci : effet de Haas-van Alphen (dHvA) et Shubnikov-de Haas (SdH) .
On peut évaluer à partir du spectre de Fourier les masses effectives m∗, le facteur de Landé g∗, l’aire de la surface de Fermi proportionnelle à la fréquence dominante F, ainsi que la mesure du désordre (température de Dingle).
Etude des propriétés des surfaces de Fermi et des quasi-particules:
- Organiques fortement 2D : κ-ET2Cu(SCN)2, θ-(ET)4MBr4(C6H4Cl2), M=Co,Zn
- dHvA et SdH révèlent les fréquences cyclotroniques α, β et leurs harmoniques
- Etude des fréquences non-classiques β −α et de leur amplitude
Visualisation de processus électroniques hors-équilibre
L’étude de la réorganisation électronique dans la matière soumise à radiation est abordée par le développement de méthodes d’hydrodynamique quantique. Ceci permet l’étude de la dynamique électronique ultrarapide par des méthodes de fonctions d’onde à N-corps et leurs applications aux transferts d’énergie, au contrôle de la migration des charges à l’aide de champs électriques externes, et à l’élucidation des certains mécanismes réactionnels. Nous nous intéressons le développement de techniques pour l’analyse topologique de la réorganisation de la densité électronique dans les agrégats macromoléculaires et les états excitoniques.
Photophysique et photodynamique
Collaborations principales :
Nationales
IJB (Université de Lorraine), LCT (Paris), LNCMI (Toulouse), Besançon, Montpellier, Paris Cité, Paris Saclay, Strasbourg, Toulouse
Internationales
Slovaquie: Comenius University
Suisse: Université de Berne
Italie: CNR-Trieste
Brésil: UFPB
Russie: Chernogolovka
Corée du sud: KAIST, SNU
USA: UC Santa Cruz
Algérie: Sétif
Allemagne : Helmholtz Zentrum Berlin, Freie Universität Berlin
Argentine: Buenos Aires
Autriche : Universität Wien
Tunisie: Monastir
Espagne : Universitat de Valencia, Universidad de Alcala de Hénares Madrid
Inde: Indian Institute of Technology Bombay
Italie : CNR Pisa, Universidad de Alcala de Hénares
Suisse : University of Bern
Turquie : Middle East Technical University Ankara