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H/F Simulation de la croissance de molécules carbonées et de nano-particules mixtes métal-carbone induite par des agrégats métalliques

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : dimanche 22 mai 2022

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Informations générales

Référence : UMR5626-AUDSIM-004
Lieu de travail : TOULOUSE
Date de publication : vendredi 1 avril 2022
Nom du responsable scientifique : Aude Simon
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Motivée par une problématique d'intérêt astrophysique, cette thèse entre dans le cadre d'un projet impliquant des théoriciens (LCPQ, Toulouse) et des expérimentateurs (IRAP et LAPLACE, Toulouse), qui vise à étudier l'incorporation des métaux dans la formation dans la phase de la poussière riche en carbone ainsi que le rôle des métaux dans la croissance de molécules carbonées de grande taille.
Pour résumer le contexte, dans les environnements astrophysiques où se forme la
poussière réside une grande variété de densités et de température et une complexité chimique impliquant les éléments principaux (H, C, O et N), mais aussi des espèces moins abondantes telles que Si, S et des métaux (Ti, Al, Mg, Fe). Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), constituent une composante importante de la poussière carbonée et le mécanisme de leur formation, qui pourrait impliquer un noyau organométallique, demeure mystérieux [1,2]. Le travail accompli pendant cette thèse devrait permettre d'avancer dans la compréhension des propriétés réactionnelles et catalytiques de germes organométalliques pour la croissance des hydrocarbures et de la poussière dans un environnement riche en carbone, éventuellement en présence de Si. Le cas du fer sera comparé à celui de l'argent déjà étudié [3], un certain nombre de différences de réactivité étant attendu.
L'objectif du travail de thèse est d'étudier les mécanismes possibles pour les processus de nucléation conduisant à la formation du coeur organométallique (une dizaine d'atomes) et pour l'élaboration d'une chimie complexe (jusqu'à une centaine d'atomes) induite sur ce cœur, telle que la croissance d'hydrocarbures de grande taille et la formation de complexes métal-carbone. Afin d'atteindre ces objectifs, des algorithmes efficaces basés sur des simulations Monte-Carlo (MC) ou de dynamique moléculaire (MD) intensives seront développés et appliqués. La structure électronique sera décrite avec la méthode SCC-DFTB (Self-Consistent Charge Density Functional based Tight Binding) [4,5], au coût de calcul suffisamment faible pour explorer efficacement l'espace des configurations. Plus précisément, des algorithmes d'optimisation globale basés sur du MC ou MD parallel tempering avec lesquels l'équipe d'accueil au LCPQ est familière, seront utilisés. Une stratégie pour étudier la dynamique réactionnelle et la croissance hors équilibre sera développée et appliquée. En amont de ces développements les paramètres diatomiques inhérents à la méthodes SCC-DFTB devront être vérifiés et éventuellement adaptés aux systèmes étudiés. Des calculs plus standard de d'optimisation locale et de chemins réactionnels au niveau SCC-DFTB et DFT seront menés. Les résultats théoriques obtenus pourront aider à l'interprétation des résultats expérimentaux et guider les expériences en phase gazeuse avec source de vaporisation laser (IRAP, équipe de C. Joblin) et/ou plasma (LAPLACE, équipe de K. Makasheva).

Références
[1] Cherchneff et al Astrophys. J. 1992, 401, 269
[2] Pascoli & Polleux Astron Astrophys 2000, 359, 789–810.
[3] Bérard et al. Front. Astron. Space. Sci. 2021, 8, 654879
[4] Spiegelman et al. Adv. Phys. X 2020, 5, 1710252

Contexte de travail

La recherche aura lieu dans l'équipe "Molécules, Agrégats, Dynamique" du Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques à Toulouse.

Contraintes et risques

Il n'y a aucun risque attendu

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