Titre original :

Towards the full quantum simulation of large molecular systems in an environment

Mots-clés en français :
  • Systèmes moléculaires environnés

  • Dynamique moléculaire
  • Surfaces d'énergie potentielle
  • Théorie quantique
  • Photochimie
  • Spectres moléculaires
  • Réactions de transfert de protons
  • Composés nitrosés
  • Composés aromatiques polycycliques
  • Hydroxydes
  • Langue : Français
  • Discipline : Sciences physiques
  • Identifiant : Inconnu
  • Type de mémoire : Habilitation à diriger des recherches
  • Date de soutenance : 02-12-2016

Résumé en langue originale

Le but de mon activité de recherche est la description précise des systèmes moléculaires d’un point de vue théorique. Mon travail est dédié aux processus nécessitant une approche purement quantique de la dynamique nucléaire avec un intérêt particulier pour ceux où l’approximation de Born-Oppenheimer cesse d’être valide. Mes principaux axes de recherche sont d’une part : (i) Les études de structure électronique en présence des effets non adiabatiques et d’autre part, (ii) l’application et le développement méthodologique pour une description précise des effets nucléaires quantiques. Les études au sein du premier axe, les études impliquent une description statique (avec des noyaux classiques) des Surfaces d’Énergie Potentielle (SEP) (états électroniques fondamental et excités) de molécules présentant un intérêt pour l’atmosphère. Ces études consistent à analyser des points stationnaires et des croisements entre surfaces ainsi que la topographie des SEPs. L’obtention de ces informations permet une compréhension fine et profonde de la physico-chimie des systèmes moléculaires. Toutefois, les effets quantiques nucléaires (énergie de point zéro, effet tunnel, interférences,…) sont omniprésents et doivent être pris en compte afin de décrire de façon précise des processus physiques ou chimiques comme des spectres moléculaires ou encore les processus photo-chimiques. La prise en compte de ces effets dans la modélisation de la dynamique nucléaire quantique constitue mon second axe de recherche. Dans le cadre de l’algorithme MultiConfiguration Time Dependent Hartree (MCTDH), une partie de mon travail consiste donc à étudier et à développer des représentations efficaces des Surfaces d’Énergie Potentielle nécessaires dans le cadre des simulations en dynamique quantiques sur une grille. L’autre partie consiste à utiliser cette approche afin de déterminer des spectres, infrarouges, d’absorption électronique, ou encore de photodissociation. Mes projets futurs de recherche consistent à poursuivre le développement de méthodes permettant la simulation, purement quantique, de systèmes moléculaires environnés d’intérêts astrochimique, astrophysique et atmosphérique.

Résumé traduit

The aim of my research is the accurate description of molecular systems from a theoretical perspective. More specifically, my work focuses on processes requiring a quantum description of the nuclear motion, with particular emphasis on situations where the Born-Oppenheimer approximation breaks down. I pursue two main axes of investigation: (i) electronic structure studies of systems in which non-adiabatic effects play a major role, and (ii) application and development of methodology for the accurate description of nuclear quantum effects. The former deals with the static description (with classical nuclei) of the Potential Energy Surfaces (PES) (ground and excited states) of atmospherically relevant molecules. These studies involve the analysis of critical points (stationary points and crossings among surfaces), combined with a careful consideration of their topography. This is shown to provide deep insights into the physics and chemistry of molecular systems. However, nuclear quantum effects (zero-point energy, tunnelling, interferences,…) are ubiquitous. Their consideration becomes mandatory when describing physical and chemical processes, such as spectroscopy or photochemistry. My second research line concerns precisely these issues. In the context of the Multiconfigurational Time-Dependent Hartree (MCTDH) algorithm, I apply and develop efficient representations of the PES, based on tensor-decomposition algorithms, necessary in grid-based quantum dynamics. These methods are subsequently applied to the determination of molecular spectra or the study of photochemical processes. Short-term future perspectives, currently under development, aim at integrating fully quantum simulations of molecular systems with the most accurate description of the environment for the study of heterogeneous physical and chemical processes in an astrochemical, astrophysical and atmospheric context.

  • Directeur(s) de thèse : Monnerville, Maurice
  • Laboratoire : Laboratoire de physique des lasers, atomes et molécules (PhLAM)
  • École doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq)

AUTEUR

  • Pelaez Ruiz, Daniel
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