Sujets de stage

Stage pour M2 : Modélisation de la réponse optique de nanoparticules métalliques 

Contexte scientifique : Les propriétés optiques des nanoparticules métalliques sont marquées par un phénomène de résonance plasmon qui les rend particulièrement intéressantes pour de nombreuses applications en optoélectronique, photonique, imagerie médicale, etc. Ces propriétés varient avec certaines caractéristiques intrinsèques à la nanoparticule – taille, morphologie, composition chimique – et aussi en fonction de facteurs externes comme la température ou l’environnement.

Fabriquées par voie physique, les nanoparticules sont conservées dans des matrices inertes. Fabriquées par voie chimique, elles sont stabilisées par des ligands greffés en surface. La prise en compte de ces environnements requiert une modélisation quantique du système complet. Cette dernière doit être capable de décrire à la fois le métal et les liaisons et transferts de charge avec le voisinage. Cela constitue un véritable challenge au niveau théorique. Mais une modélisation est absolument nécessaire pour interpréter les données expérimentales obtenue récemment sur des particules de ~1 nm.

Mission : Le but du stage sera d'étudier théoriquement les propriétés spectroscopiques d'absorption ou de fluorescence de petits agrégats composés de métaux (Ag, Au, Cu, Ag, Al, In, etc.). On pourra étudier les effets induits par les ligands sur la structure géométrique et la réponse optique. On pourra aussi étudier les effets de la composition chimique et de l’arrangement atomique sur les propriétés optiques. 

L'étude théorique se fera dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité. L'étudiant construira des structures modèles de divers types (cœur-coquille, Janus, alliage), avec ou sans ligands, et étudiera leur structure électronique et leur réponse optique. Il ou elle mettra au point une méthodologie pour réduire les coûts de calculs. Les simulations seront effectuées sur les puissants ordinateurs des centres locaux et nationaux. 

Biblographie :
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03031060/file/nanoscale_preprint.pdf
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02346036/file/manuscript_Agn_free.pdf
https://hal-univ-lyon1.archives-ouvertes.fr/hal-02289870/file/article_raregas.pdf
thèse de Romain Schira

Stage pour M2 : Interaction électron-molécule et réactivité induite 

Contexte scientifique : Comprendre l’interaction entre un électron projectile et une molécule cible est un sujet de recherche fondamentale qui présente aussi des perspectives dans de nombreux domaines applicatifs comme la réactivité chimique, la physique des radiations, etc.

L’attachement d’un électron en excès sur une molécule peut induire des phénomènes physicochimiques variés incluant la fragmentation de la molécule. Par extension, on peut alors envisager de provoquer des réactions chimiques ciblées induites par un ou des électrons.

Nous étudions les processus complexes conduisant à l’attachement de l’électron via la formation d’un anion transitoire, puis l’évolution vers un état dissociatif selon des processus sélectifs. L'objectif visé est de déclencher des réactions chimiques sélectives par irradiation avec des électrons de faible énergie (quelques eV).

Mission : L’équipe d’accueil a développé une nouvelle méthodologie pour calculer les énergies d’attachement d’un électron, qu’il faudra étendre avec le calcul des durées de vie de l’état excité et des sections efficaces. L'étude théorique se fera essentiellement dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (TD)-DFT ou dans le formalisme des fonctions de Green (GW/BSE).

Le travail théorique sera fait dans le cadre de collaboration avec des partenaires expérimentateurs lyonnais. Un goût pour les simulations et les calculs sur ordinateur ainsi que des connaissances en physique atomique/moléculaire et physique quantique sont souhaitables. La connaissance d’un langage de programmation (C++, python, autre) serait un atout.

Bibliographie : 

Méthodes :   
https://hal.science/hal-03418629v1
https://hal.science/hal-04156373v1

Applications :    
https://hal.science/hal-04753094v1
https://hal.science/hal-03620854v1