Etude théorique de la fragmentation des petits agrégats neutres de carbone Cn et des hydrocarbures CnH

Theoretical study of the fragmentation of small neutral carbon clusters Cn and hydrocarbons CnH

• Auteur / Autrice : Nga Do-Thi
• Direction : Pierre Désesquelles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des agrégats
• Date : Soutenance le 30/11/2011
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Modélisation et Instrumentation en Physique, Energie, Géosciences et Environnement (Orsay, Essonne ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Institut : Centre de sciences nucléaires et de sciences de la matière (Orsay, Essonne ; 1998-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse
• Jury : Président / Présidente : Pascal Parneix
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Désesquelles, Pascal Parneix, Lamri Adoui, Paul-Antoine Hervieux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lamri Adoui, Marie-Pierre Gaigeot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés insaturés

Hydrocarbures

Clusters (chimie)

Fragmentation

Mots clés libres

Agrégats de carbone

Hydrocarbures

Fragmentation

Percolation

MMMC

MFP

NNLS

Backtracing

Carbon clusters

Hydrocarbons

Fragmentation

Percolation

MMMC

MFP

NNLS

Backtracing

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l’étude théorique de la fragmentation de petits agrégats carbonés et d’hydrocarbures neutres par le modèle statistique Micarocanonical Metropolis Monte Carlo (MMMC). Ce modèle décrit, à contrainte d’énergie fixée, l’espace des phases associé à tous les degrés de liberté accessibles au système (partitions des masses, mouvements de translation et de rotation, spin et moment angulaire des fragments, etc.). Les ingrédients de base du modèle (énergies de dissociation, géométries, fréquences de vibration etc.) doivent être obtenus par un calcul ab initio. Ils ont été calculés à l’aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) au niveau de calcul B3LYP/6-311+G(3df). Les probabilités obtenues des voies de fragmentation en fonction de l’énergie d’excitation, ont été comparées aux données expérimentales obtenues auprès du Tandem. Des faisceaux de haute vitesse (projectile de Cn+ à v = 2.6 u.a. et de CnH+ à v = 4.5 u.a.) entraient en interaction avec les noyaux d’hélium. Tous les rapports de branchement des voies de fragmentation des Cn (n ≤ 9) et des CnH (n ≤ 4) résultant de capture électroniques ont été mesurés. La distribution d’énergie d’excitation de l’agrégat parent a du être ajustée pour que les mesures expérimentales soient reproduites d’une façon optimale, à l’aide de deux algorithmes : Non-Negative Least Squares et backtracing Bayesien. La comparaison des probabilités théoriques et expérimentales montre un bon accord global. Les deux algorithmes de minimisation ont convergé vers des distributions d’énergie déposée présentant des pics. Ces pics pourraient être la signature d’états moléculaires spécifiques jouant un rôle dans la fragmentation du cluster.

This thesis deals with the theoretical study of the fragmentation of small neutral carbon and hydrocarbon clusters using a statistical model called Microcanonical Metropolis Monte Carlo (MMMC). This model describes, at a given energy, the phase space associated with all the degrees of freedom accessible to the system (partition of the mass, translation and rotation, spin and angular momentum of the fragments, etc.). The basic ingredients of the model (cluster geometries, dissociation energies, harmonic frequencies, etc.) are obtained, for both the parent cluster and the fragments, by an ab initio calculation. These parameters were calculated using the density functional theory (DFT) at the B3LYP/6-311+G(3df) level. The results obtained for the probabilities of the fragmentation channels as a function of the excitation energy, were compared with the experimental data obtained at the Orsay Tandem. High velocity cluster beams (v = 2.6 u.a. Cn+ and v = 4.5 u.a. CnH+ projectiles) interacted with helium atoms. All the branching ratios of the fragmentation channels of Cn (n ≤ 9) and CnH (n ≤ 4) resulting from electron captures were measured. The deposited energy distributions were adjusted so that the experimental measurements were optimally reproduced. Two algorithms were used: Non-Negative Least Squares and Bayesien backtracing. The comparison of the theoretical and experimental probabilities shows a good global agreement. Both algorithms result in deposited energy distributions showing peaks. These peaks could be the signatures of specific molecular states which may play a role in the cluster fragmentation.