Modélisation quantique de processus de transport moléculaire de charge et d'excitation

par Emmeline Ho

Projet de thèse en Chimie et Physico-Chimie des Matériaux

Sous la direction de Benjamin Lasorne.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques Balard , en partenariat avec ICGM - Institut Charles Gerhardt de Montpellier (laboratoire) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Ce projet de thèse concerne le développement d'une stratégie théorique permettant d'aller vers la modélisation quantique de processus de transport moléculaire de charge ou d'excitation électronique. Les objets d'étude sont des architectures moléculaires complexes, constituées de fragments organiques couplés, aux propriétés opto-électroniques potentiellement utilisables dans des applications technologiques innovantes. A cette fin, nous envisageons de développer des approches dites « coarse grain » et « bottom-up », où chaque unité constitutive, une fois correctement comprise et précisément décrite au niveau atomistique, peut être modélisée dans un second temps de façon plus grossière mais qualitativement pertinente, dans l'esprit de modèles d'hamiltoniens effectifs de type Hückel-Hubbard. Ces modèles seront paramétrés par des données extraites de calculs de chimie quantique de haut niveau pour les états excités (TD-DFT, XMS-CASPT2) puis auront vocation à être utilisés dans des simulations de dynamique quantique adaptées aux systèmes de grande taille et bien hiérarchisés (ML-MCTDH). Les dendrimères phénylènes-ethynylènes représentent des candidats particulièrement intéressants pour ce projet. Ce sont des modèles biomimétiques d'antennes collectrices de lumière (light-harvesting antennae) qui manifestent un transfert d'énergie unidirectionnel le long de chaînes conjuguées. Ces composés absorbent un rayonnement lumineux d'une certaine longueur d'onde à l'une de leurs extrémités et propagent l'excitation le long d'une chaîne conjuguée pour réémettre un rayonnement de longueur d'onde plus élevée à l'autre extrémité. Des études préliminaires [S.Fernandez-Alberti et al. J. Phys. Chem. Lett. 1 (2010) 2699 ; J. Chem. Phys. 137 (2012) 22A526] ont mis en évidence le rôle crucial de la vibration des liaisons triples pour accompagner la migration de l'exciton le long de la chaîne. Cette description moléculaire en termes de couplage vibronique fait écho aux couplages électrons-phonons dans les matériaux infinis.

  • Titre traduit

    Quantum modelling of charge and excitation molecular transport processes


  • Résumé

    Ce projet de thèse concerne le développement d'une stratégie théorique permettant d'aller vers la modélisation quantique de processus de transport moléculaire de charge ou d'excitation électronique. Les objets d'étude sont des architectures moléculaires complexes, constituées de fragments organiques couplés, aux propriétés opto-électroniques potentiellement utilisables dans des applications technologiques innovantes. A cette fin, nous envisageons de développer des approches dites « coarse grain » et « bottom-up », où chaque unité constitutive, une fois correctement comprise et précisément décrite au niveau atomistique, peut être modélisée dans un second temps de façon plus grossière mais qualitativement pertinente, dans l'esprit de modèles d'hamiltoniens effectifs de type Hückel-Hubbard. Ces modèles seront paramétrés par des données extraites de calculs de chimie quantique de haut niveau pour les états excités (TD-DFT, XMS-CASPT2) puis auront vocation à être utilisés dans des simulations de dynamique quantique adaptées aux systèmes de grande taille et bien hiérarchisés (ML-MCTDH). Les dendrimères phénylènes-ethynylènes représentent des candidats particulièrement intéressants pour ce projet. Ce sont des modèles biomimétiques d'antennes collectrices de lumière (light-harvesting antennae) qui manifestent un transfert d'énergie unidirectionnel le long de chaînes conjuguées. Ces composés absorbent un rayonnement lumineux d'une certaine longueur d'onde à l'une de leurs extrémités et propagent l'excitation le long d'une chaîne conjuguée pour réémettre un rayonnement de longueur d'onde plus élevée à l'autre extrémité. Des études préliminaires [S.Fernandez-Alberti et al. J. Phys. Chem. Lett. 1 (2010) 2699 ; J. Chem. Phys. 137 (2012) 22A526] ont mis en évidence le rôle crucial de la vibration des liaisons triples pour accompagner la migration de l'exciton le long de la chaîne. Cette description moléculaire en termes de couplage vibronique fait écho aux couplages électrons-phonons dans les matériaux infinis.