INSP - UPMC - 4 place Jussieu - 75005 Paris - Amphithéâtre Charpak (tour 22-23 niveau Saint Bernard)

Yaël Bronstrein, doctorante dans l’équipe Oxydes en basses dimensions

Une étude des effets quantiques nucléaires dans le problème de la symétrisation de liaisons hydrogène par la méthode du bain thermique quantique individuel

Modèle « à la Landau » décrivant une transition de phase dirigée par les effets quantiques dans la glace sous haute pression (en haut : potentiel et énergies propres, en bas : fonctions d’onde du proton.)

Résumé

L’étude des effets quantiques nucléaires (NQE) suscite de plus en plus d’intérêt. En effet, les effets quantiques comme l’effet tunnel ou l’énergie de point zéro, peuvent profondément modifier les propriétés de matériaux constitués d’atomes légers comme l’hydrogène. Les méthodes standards de simulation des NQE sont basées sur les intégrales de chemin. Le bain thermique quantique (QTB) constitue une alternative à ces méthodes : le principe est que les degrés de liberté classiques du système obéissent à une équation de Langevin et sont couplés à des oscillateurs harmoniques quantiques. Dans l’équation de Langevin classique, la force aléatoire est un bruit blanc et le théorème de fluctuation-dissipation classique est vérifié ; avec le QTB, le théorème de fluctuation-dissipation quantique est vérifié.

Nous étudierons à travers des modèles simples la validité et les limites du QTB et montrerons qu’il permet de simuler des systèmes de la matière condensée en incluant les NQE en générant leurs propriétés structurales et dynamiques.

Nous montrerons que le QTB est particulièrement adapté à l’étude de la symétrisation de liaisons hydrogènes et permet d’identifier précisément une pression de transition. Celle-ci dépend de la distance entre deux oxygènes voisins comme dans la glace sous haute pression, mais est modifiée par la présence d’impuretés ioniques ou par l’environnement atomique des liaisons hydrogènes comme dans la phase delta de AlOOH. De plus, en comparant des simulations classiques à des simulations QTB, nous pouvons identifier les rôles respectifs des effets quantiques et thermiques dans ces transitions de phase.

Composition du jury

Magali Benoit, rapporteure
Michele Ceotto, rapporteur
Jean-Louis Barrat, examinateur
Daniel Borgis, examinateur
José Teixeira, examinateur
Fabio Finocchi, directeur de thèse
Philippe Depondt, co-directeur de thèse