Modélisation quantique de l'adsorption de molécules sur la surface de semi-conducteurs

par Patxi Mora

Thèse de doctorat en Chimie - Physique

Sous la direction de Michel Rérat.

Soutenue en 2004

à Pau .


  • Résumé

    L’objet de ce travail est l’étude ab initio de la physisorption de molécules sur la surface de semi-conducteurs. L’objectif est de développer une approche théorique, incluant les effets de corrélation électronique, du calcul du coefficient de dispersion de Van der Waals dans le cas de l’interaction d’une molécule apolaire et non chargée et d’une surface cristalline. Nous avons envisagé l’étude de l’adsorption de la molécule de diazote sur des surfaces de graphite ou de nitrure de bore déduites des systèmes hexagonaux tripériodiques. Après avoir brièvement rappelé les grandes lignes des méthodes de calcul de fonctions d’onde électroniques pour les systèmes moléculaires et périodiques dans un premier chapitre, nous montrons comment on peut modéliser analytiquement l’énergie de dispersion dans le cas d’une interaction molécule-surface par une loi en R4. Le coefficient de Van der Waals correspondant est obtenu après validation de l’hypothèse de l’additivité, à partir d’une somme de toutes les contributions relatives à l’interaction molécule-maille élémentaire de la surface. Ces développements méthodologiques ont conduits à la mise en œuvre d’un protocole calculatoire basé sur le calcul des polarisabilités dynamiques à fréquences imaginaires de chacun des systèmes, un des avantages étant de pouvoir considérer l’approche de la molécule dans certains états excités. L’application à la physisorption de la molécule de diazote sur graphite nous a permis de valider cette approche en confrontant nos résultats à ceux obtenus expérimentalement dans le cas du système très étudié de N2 sur charbon. Les résultats obtenus dans le cas de N2 sur BN, confirment la valeur de ce modèle.


  • Résumé

    The aim of this work is the ab initio study of molecule physisorption on semiconductor surfaces. The purpose is to develop a theoretical approach to evaluation of the Van der Waals dispersion coefficient, including electronic correlation effects, for a neutral non-polar molecule interacting with a crystalline surface. We have considered the adsorption of nitrogen on graphite or boron nitride surfaces extracted from hexagonal triperiodic lattices. After a brief fresher of the methods for calculating electronic wave functions for molecular and periodic systems in the first chapter, we demonstrate the possibility of analytically modelling, by a R-4 dependant law, the dispersion energy for a molecule-surface interaction. The corresponding Van der Waals coefficient is obtained, after validation of the additivity hypothesis, by the sum of all the contributions of the molecule-primary lattice interactions. These methodological developments leaded us to implement a protocol based on the calculation of the imaginary dynamic polarisability of each system. One of its advantages is the possibility to consider a molecule in an excited state. Applied to the physisorption of dinitrogen on graphite, our model was validated by comparison of our results with experimental data in the case of the well known system of N2 physisorbed on carbon surfaces. Results obtained with N2 adsorbed on BN, confirm the value of this approach.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (168 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie

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  • Bibliothèque : Université de Pau et des Pays de l'Adour. Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : US 457384
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