PhD position (H/F) : Quantum Mechanical Investigation of Light-to-Mechanical Energy Conversion in Molecular Photoswitches.

Description du Poste

Sujet De Thèse

Les photoactionneurs à base de polymères (PPAs) sont constitués par des matrices polymères dopées par des molécules photochromes organiques. Lors de l'irradiation, les films de PPA subissent une déformation mécanique macroscopique réversible, ce qui en fait des systèmes d’intérêt pour la transduction entre énergie lumineuse et mécanique.
Des études expérimentales récentes ont montré qu'il existe une corrélation quantitative entre le photochromisme et l'effet photomécanique [1]. Par ailleurs, la structuration du matériau est essentielle à la fois à l'échelle supramoléculaire (interactions entre le photochrome et les chaînes polymères) et à l'échelle microscopique (arrangement spatial entre domaines riches et pauvres en photochromes), pour permettre la conversion de la déformation moléculaire en déformation macroscopique.
Le projet SIMULACTOR (https://www.pepr-luma.fr/projet/simulactor/) vise à développer une approche intégrée multi-échelle pour modéliser le comportement mécanique des PPAs. Son objectif est de comprendre et d’optimiser les propriétés des PPAs à l’aide d’une stratégie de simulation allant de l’échelle moléculaire (calculs ab initio) jusqu’aux approches continues, afin de prendre en compte les différents niveaux de complexité présents dans les matériaux réels. Le ou la doctorant·e se concentrera sur l’échelle moléculaire afin de modéliser et d’optimiser les propriétés optiques et mécaniques à la fois du photocommutateur et du photomorphon (le photocommutateur et les chaînes polymères environnantes), ce dernier système gouvernant la manière dont la déformation induite par la lumière est transmise au matériau environnant via les interactions photochrome/polymère.
À cette fin, des méthodes de mécanique quantique (QM) seront employées. Le ou la doctorant·e évaluera d’abord l’efficacité de la conversion de l’énergie lumineuse en énergie mécanique en adaptant, pour l’état excité, des méthodes d’analyses mécanochimique [2], ceci afin de quantifier la fraction de l’énergie lumineuse absorbée effectivement convertie en travail mécanique. Parallèlement, l’influence de l’environnement polymère local (le « photomorphon ») sur les performances du photocommutateur sera étudiée à l’aide de dynamiques moléculaires non adiabatiques [3] et de simulations QM/MM. En comparant des molécules isolées à des systèmes dispersés dans une matrice polymère, le projet permettra de clarifier comment les interactions intermoléculaires influencent la photoréactivité et la réponse mécanique. Ce travail permettra la conception rationnelle de combinaisons optimisées « photocommutateur /polymère » [4] et posera les bases de la conception de matériaux PPA.

Le/la candidat(e) doit être titulaire d’un Master en chimie, physico-chimie ou physique. Une solide formation en physico-chimie est requise, et une expérience préalable en chimie computationnelle serait un atout. Le/la candidat(e) doit avoir réalisé un projet de recherche (stage de Master M1 ou M2) en chimie théorique, modélisation moléculaire ou chimie computationnelle.

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[1] Arroyo, I et al. Small 2024, 20 (46), 2402131. [2] Stauch, T.; Dreuw, A. J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7 (7), 1298–1302. [3] Oruganti, B.; Wang, J.; Durbeej, B. J. Org. Chem. 2022, 87 (17), 11565–11571. [4] (a) Le Bras, L.; Lemarchand, C.; Aloïse, S.; Adamo, C.; Pineau, N.; Perrier, A. J. Chem. Theory Comput. 2020, 16 (11), 7017–7032 https://doi.org/10.1021/acs.jctc.0c00762. (b) Villegas, O.; Serrano Martínez, M.; Le Bras, L.; Ottochian, A.; Pineau, N.; Perrier, A.; Lemarchand, C.. Macromolecular Theory and Simulations 2024, 33 (6), 2400033. https://doi.org/10.1002/mats.202400033 (c) Serrano Martínez, M.; Pineau, N.; Lemarchand, C.; Perrier, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2025, 27 (44), 23669–23684. https://doi.org/10.1039/D5CP02807H.

Votre Environnement de Travail

Cette proposition de thèse s’inscrit dans le cadre du projet SIMULACTOR, financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) au titre du programme PEPR LUMA.
Le consortium SIMULACTOR est composé de spécialistes du calcul quantique appliqué aux systèmes photochromiques (LIED, Université Paris Cité), de spécialistes des simulations atomistiques classiques (dynamique moléculaire et coarse-graining, LMCE, CEA/DAM/DIF), ainsi que de spécialistes des simulations en milieux continus (méthode des éléments finis, méthode des éléments discrets, IML, Université de Lille).
Le(la) doctorant(e) travaillera au sein du Laboratoire Interdisciplinaire des Énergies de Demain (LIED, CNRS, Université Paris Cité), Université Paris Cité, 75013 Paris. Le LIED a pour objectif de développer des recherches fondamentales et appliquées en réponse aux enjeux des transitions énergétique et climatique. Dans ce contexte, le LIED privilégie une approche globale fondée sur une méthodologie pluridisciplinaire unique, réunissant des chercheurs en biologie, chimie, physique, informatique ainsi qu’en sciences humaines et sociales. Le LIED offre un environnement scientifique unique et stimulant, animé autour de réunions d'équipe, séminaires de laboratoire et séminaires grands publics interdisciplinaires sur les thématiques de l’énergie et de la transition.
Le(la) doctorant(e) travaillera au sein de l'équipe de Climat et Energie en Milieu Urbain qui réunit chimistes et des physiciens (6 membres permanents) aux compétences complémentaires. Dans ce groupe, le(la) doctorant(e) travaillera directement avec Pr. Aurélie PERRIER, spécialiste en photochimie computationnelle, et sera en directe interaction avec tous les membres du consortium SIMULACTOR. Les codes de chimie quantique nécessaires au projet sont disponibles, ainsi que des ressources de calcul locales et nationales .

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

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